Melyik a legsűrűbb objektum az univerzumban? A legfényesebb? A leghangosabb? Bryan Gaensler csillagász Extreme Cosmos (Perigee, 2012) című új könyvében feltárja az ilyen és sok más cím kozmikus rekordereit. Az alábbi részletben, a “Hőmérséklet szélsőértékei” című fejezetből Gaensler elmagyarázza az ismert legforróbb csillagok némelyikének fizikáját:
Mindannyian tudjuk, hogy ha valamit felmelegítünk, az izzik. Egy piszkavas a tűzben tompa narancssárga vagy vörös színben világít, míg egy hagyományos (izzólámpa) úgy működik, hogy egy volfrámszálat több ezer fokra hevítünk, így az sárgán vagy fehéren izzik. Ezek egy olyan univerzális folyamat speciális esetei, amelyet először Max Planck német fizikus magyarázott meg megfelelően: Gyakorlatilag minden tárgy (akár a Földön, akár az űrben) fényt sugároz, és ennek a fénynek a színe a tárgy hőmérsékletéhez van kötve.
Ezt a “Planck-féle fekete testek sugárzásának törvénye” néven ismert hatást láthatjuk, amikor a csillagok különböző színeit nézzük. A mi Napunk egy meglehetősen átlagos csillag. Felszíni hőmérséklete 9 900 fok, ami sárgás fényt eredményez, ahogyan azt a Planck-egyenletek megjósolják.
A Betelgeuse, egy fényes csillag az Orion csillagképben, sokkal hűvösebb, körülbelül 6900 fokos, ezért még szabad szemmel is könnyen azonosítható vörös árnyalata van. Az éjszakai égbolt legfényesebb csillagának, a Szíriusznak (más néven a “Kutyacsillagnak”) a felszíni hőmérséklete körülbelül 18 000 F fok, ez adja kékes árnyalatát.
De vannak más, szabad szemmel nem látható csillagok is, amelyek sokkal forróbbak, mint a Szíriusz. Amint azt kicsit később látni fogjuk ebben a fejezetben, az igazi akció mélyen a csillagok magjában zajlik, ahol a magfúzió dühe termeli a csillag összes hőjét és fényét akár évmilliárdokig. Amikor azonban egy tipikus csillag végül kimeríti az összes üzemanyagát, a külső rétegek nagy részét egy lassan táguló gázburokba fújja, felfedve a központi magot. Ez a mag, amely egy kis sűrű, héliumból, szénből és nehezebb elemekből álló gömb, már nem éget gázt magfúzió útján, de még mindig hihetetlenül forró. Ez a haldokló parázs, az úgynevezett “fehér törpe” most az Univerzum legforróbb csillagai közé tartozik, olyannyira, hogy a körülötte lévő, kilökött gázból álló burkot megvilágítja, és egy gyönyörűen izzó felhőt alkot, amelyet “planetáris ködnek” neveznek.”
Szóval, mennyire forró egy újonnan keletkezett fehér törpe? A jelenlegi rekordtartó egy gyönyörű planetáris köd szívében található. Ez az izzó gázfelhő, amelyet a csillagászok “NGC 6537” néven emlegetnek, de közismertebb nevén a “Vörös Pók-köd”, körülbelül 2000 fényévre van a Nyilas csillagkép felé. (Egy fényév az a távolság, amelyet egy év alatt megtehetünk, ha fénysebességgel haladunk, összesen valamivel kevesebb, mint 6 billió mérföldet. Tehát 2000 fényév körülbelül 12 000 trillió mérföld!)
A Vörös Pók-köd központi fehér törpéje a 20. század folyamán mindvégig elkerülte az észlelést, és hőmérséklete is ismeretlen maradt. Két oka van annak, hogy az ilyen csillagokat olyan nehéz észrevenni. Először is, ezek apró objektumok, amelyek az izzó, fényes, környező felhők középpontjában vannak eltemetve. Gyakran a planetáris köd fényessége és összetettsége elrejti a központi csillagot a szem elől.
A másik ok azonban az, hogy paradox módon maga a csillag rendkívüli hője szinte láthatatlanná teszi a csillagot. Mint fentebb láttuk, Planck fekete testek sugárzására vonatkozó törvénye azt diktálja, hogy egy objektum hőmérséklete határozza meg a színét. A Szíriusz, amelynek felszíne 18 000 fokos, olyan forró, hogy kékesen világít.
Mi történik, ha egy csillag még a kék Szíriusznál is forróbb? Ilyenkor is érvényes a Planck-törvény, de a keletkező izzás olyan színű lesz, amely meghaladja azt a tartományt, amelyre a szemünk vagy a közönséges távcsövek érzékenyek. Különösen a Szíriusznál sokkal forróbb objektumok ultraibolya vagy röntgenfényben fognak izzani. A különböző hőmérsékletek és a fekete testek sugárzásának törvényén keresztül a színnel való kapcsolatuk megmutatja, hogy az olyan látszólag különálló jelenségek, mint az ultraibolya fény és a röntgensugárzás valójában csak részei a széles elektromágneses spektrumnak. Az elektromágneses spektrum a különböző színek egész sorát írja le, jóval túl azon a fényszilánkon, amelyet a szemünkkel látunk.”
A fehér törpék tehát mélyen a bolygóködökben rejtőznek, és olyan forróak, hogy nem sok látható fényt bocsátanak ki, hanem elsősorban a spektrum ultraibolya és röntgensugárzású részeiben sugároznak. Így nem túl meglepő, hogy a Vörös Pók-köd középpontjában lévő túlhevült csillag évtizedekig láthatatlan maradt. Ennek a helyzetnek végül 2005-ben lett vége, amikor Mikako Matsuura és kollégái a Föld légköre fölött keringő, nagy teljesítményű Hubble-űrteleszkóp segítségével azonosították a Vörös Pók szívében lévő fehér törpének megfelelő apró fényfoltot. Ebben és a későbbi tanulmányokban a csillagászok pontosan meg tudták mérni a csillag színét, majd a fekete testek sugárzására vonatkozó Planck-törvényt felhasználva kiszámították a hőmérsékletét.
Az eredmények megdöbbentőek – a Vörös Pók-köd közepén lévő csillag felszíni hőmérséklete hihetetlenül magas, 540 000 fok, több mint 50-szer forróbb, mint a Nap, és 30-szor forróbb, mint a hatalmas Szíriusz.
Ez a csodálatos csillag, szélsőséges hőmérsékletével és az őt körülvevő látványosan izzó köddel több mint pusztán tudományos érdekesség. A Vörös Pókot bámulva ugyanis jövőbeli sorsunkat látjuk. Mintegy 5 milliárd év múlva a Nap is kifogy az üzemanyagból, és hasonlóképpen leveti külső rétegeit. Csillagunkból és naprendszeréből csak egy gyönyörű planetáris köd marad, amelyet egy intenzíven forró fehér törpe fog megvilágítani a középpontjában.
A Bryan Gaensler által írt Extreme Cosmos című könyvből a Perigee, a Penguin Group (USA) Inc. tagja, szerzői jog (c) 2011, Bryan Gaensler.