Élet és tudomány

A csillagászat Éve képekben - Gyémántcsillag

Megjelent az Élet és tudomány 2009. szeptemberi számában

Írta: Gesztesi Albert

A legnagyobb gyémánt, amit valaha is találtak, nem a Földön, hanem a csillagok között van. Egy égitest, amely nem más, mint egy gigantikus méretű nyersgyémánt. Tömege körülbelül 2,5 milliószor trilliószor trillió kilogramm, vagyis 10 billiószor trilliószor trillió karát.

A drágakövek súlyát karátban határozzák meg. Az elnevezés az ókorból ered, amikor is a szentjánoskenyérfa magjait (a görög keration szó magot jelent) súlymérésre használták. A ma használatos értéke 200 mg. A legnagyobb csiszolt drágakő az 545 karátos Golden Jubilee és az 530 karátos Afrika csillaga.
50 fényévnyire a Földtől, a Kentaur csillagképben van egy kiégett csillagmaradvány, amely csaknem teljes egészében kristályos szénből, azaz gyémántból áll. A neve hivatalosan BPM 37093. Nem hivatalosan viszont Lucy-nak nevezik a Beatles „Lucy in the Sky with Diamonds” című slágere után.
Lucy a legnagyobb tömegű pulzáló fehér törpe, amelyet jelenleg ismerünk. A fehér törpék olyan csillagok forró salakjai, amelyek már felélték nukleáris fűtőanyagukat és elpusztultak. Ezek többnyire szénből és oxigénből állnak, amelyeket vékony hidrogén és/vagy hélium gázburok övez.
De hogyan lesz a csillagokat alkotó hidrogénből szén?
A csillagok – ahogyan Napunk is – elektromágneses sugarakat bocsátanak ki. Ezt a sugárzást a csillag belsejében végbemenő energiatermelő folyamat biztosítja. A középpontjában uralkodó óriási nyomáson hidrogén atommagok egyesülnek hélium magokká, miközben nyugalmi tömegük egy kis része energiává alakul át. A csillagok nagyon hosszú életűek, de egyszer elfogy a fűtőanyaguk és elpusztulnak. Az óriási méretűek szupernóvaként végzik, a kis tömegűek viszont olyan takarékosan bánnak fűtőanyagukkal, hogy sok-sok milliárd évig elpislákolnak, végül kihűlnek. Nagyon érdekes viszont azoknak a sorsa, amelyek hasonló tömegűek a mi Napunkéhoz.
Az ilyen csillagok belsejében a csökkenő energiatermelés már nem tudja ellensúlyozni a gravitációs összenyomó erőt, így a külső rétegek a középpontba préselődnek. A megnövekvő nyomás hatására a hőmérséklet eléri a 100 millió fokot, ami elegendő az eddigi salakanyag, a hélium égéséhez. A felforrósodó mag hatására a csillag nagymértékben kitágul, vörös óriássá válik. Ha a csillag tömege megfelelő, akkor a vörös óriás fázisban a magja tovább zsugorodik, melyben a hélium szénné kezd átalakulni. A folyamat nem olyan egyszerű, mint elsőre hinnénk. Hogy héliumból szén legyen, három hélium magnak kell egyesülnie. Először nyilván két héliummag találkozik és egy 8-as tömegszámú berillium maggá egyesülnek, ami újabb héliummaggal alkotná a szén atommagot. Igen ám, de normál körülmények között a 8-as berillium 10-17 másodperc alatt elbomlik. Szinte nulla a valószínűsége, hogy ezalatt egy héliummaggal egyesülni tudjon. A problémának kell, hogy legyen megoldása – gondolta Fred Hoyle angol csillagász a múlt század derekán – hiszen mi, emberek, itt vagyunk, létezésünk pedig a szén kémiáján alapszik. Meg is találta a megoldást: a 8-as tömegszámú berilliumnak a csillag magjában uralkodó fizikai környezetben van egy speciális rezonanciája, amely az élettartamát kellő mértékben megnöveli, lehetőséget adva a szénatomok létrejöttére.
A héliumégető magfúzió sebessége nagyon érzékeny a hőmérsékletre, ezért óriási ingadozások lépnek fel, az energia-kitörések a külső, hidegebb rétegeket „lefújják” a csillagról, látványos planetáris ködöket képezve. (ÉT. 2009./28) A csillagmag a hélium fogytával egyre hidegebb lesz, kis méretű, de nagyon sűrű fehér törpévé alakul, jellemzően 0,6-0,7 naptömeggel, de mindössze néhány ezer kilométeres átmérővel. Anyagának túlnyomó részét szén alkotja.
A csillagászok az 1960-as évek óta gyanítják, hogy a fehér törpék belseje kristályos szerkezetűvé válhat, Lucy most igazolni látszik ezt a feltevést. Hogy szénből áll, az nem vitás, de honnan tudjuk, hogy ez a szén gyémánttá kristályosodott? Ezt az úgynevezett aszteroszeizmológiai vizsgálatokkal lehet kimutatni, amely a csillagok belsejében keletkező rezgésekkel, rezonanciákkal foglalkozik. A Lucyhoz hasonló fehér törpék – mivel energiatermelésük megszűnt – szép lassan hűlni kezdenek. Akkor kezdenek el pulzálni, amikor a felszíni hőmérsékletük 12 ezer fok alá csökken. A Lucy pulzációja vagy rezgése egy óriási gonghoz hasonlít. A rezgés periódusa a belsejében terjedő hanghullámok sebességétől függ. Ebből mutatták ki a csillagászok, hogy a Lucy belseje kristályos.