Nóva: fehér törpe felszínén bekövetkező nukleáris kitörés – definíció

A nóva (többes számban nóvák vagy novák) olyan heves fényesség-növekedés, amelyet egy fehér törpe felszínén lezajló nukleáris robbanás okoz. A rövid ideig tartó kitörés a csillag hirtelen felragyogásában nyilvánul meg, és a rendszer teljes spektrumában — rádiótól a röntgenen át a gamma-sugarakig — megfigyelhető jeleket küld.

Fizikai háttér

A nóvák tipikusan kettős rendszerben lévő fehér törpéken alakulnak ki. Ha a két csillag elég közel kering egymás körül, a kísérőcsillagról áramló gáz (főként hidrogén) az idő folyamán felhalmozódik a fehér törpe felszínén. Mivel a fehér törpe anyaga degenerált állapotú, a felszíni réteg sűrűsége és nyomása növekszik anélkül, hogy a hőmérséklet jelentősen csökkenne: végül egy elszabaduló, gyors termonukleáris fúziós láncreakció indul be (termonukleáris runaway), amely a felszíni anyagot nagy sebességgel kilöki.

Annak ellenére, hogy a kitörés energiája hatalmas, a kilökődő anyag tömege viszonylag kicsi: általában csak mintegy a naptömeg 1⁄10 000 része. A felgyülemlett anyagnak csupán körülbelül öt százaléka fuzionál a kitörés során, de ez is elegendő energiatöbbletet biztosít ahhoz, hogy az anyag másodpercenként több ezer km/s sebességgel távozzon — egyes eseményeknél ennél nagyobb sebesség is előfordul. A csillag fényessége gyorsan megnő: tipikusan néhány magnitúdóról akár 50 000–100 000-szeres apparent fényességig is nyílhat a kitörés csúcsán.

A nóvák többsége a látható tartományban észlelhető, de kiterjedt megfigyelések kimutatták, hogy sok nóva emissziót ad ki infravörösben, ultraviolában, röntgenben és — meglepő módon — nagyenergiájú gamma-sugarakban is. 2010-ben a NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope felfedezte, hogy egyes nóvák >100 MeV energiájú gamma-sugárzást is kibocsátanak, ami új információkat szolgáltat a részecskék gyorsítási folyamatairól a kitörés során.

Típusok, időskálák és spektrális jellemzők

A nóvákat megkülönböztethetjük több szempont alapján. A klasszikus nóvák egyszeri kitörést produkálnak hosszú időközökkel; a rekurzív (visszatérő) nóvák rövidebb időn belül, évektől évtizedekig terjedő ciklusokban ismétlődnek, mert a fehér törpe felszínén újra és újra felgyülemlik a hidrogén (például az RS Ophiuchi, amelyről többször is megfigyelték a kitörést: 1898, 1933, 1958, 1967, 1985 és 2006). Dwarf novae (törpe-nóvák) elnevezés alatt egy másik jelenséget értünk: ott a fényességváltozás az akkréciós korong instabilitásából ered, nem termonukleáris felszíni robbanásból.

Spektrálisan a nóvák tipikusan két nagyobb csoportba sorolhatók: Fe II típusúak (erős vasvonalakkal, általában lassabb fénygörbével) és He/N típusúak (hélium- és nitrogénvonalakkal, gyakran gyorsabb események). A fénygörbe meredeksége alapján is beszélünk gyors és lassú nóvákról; a kitörés lecsengésének sebessége összefügg a csúcsluminozitással (a maximum magnitude–rate of decline, MMRD, empirikus összefüggései alapján lehet következtetni a távolságra és a fizikai paraméterekre).

Megfigyelési példák és jelentőség

Néha egy nóva elég fényes és elég közel van ahhoz, hogy szabad szemmel is látható legyen. A jól ismert példák közé tartozik az 1975-ös Nova Cygni, amely 1975. augusztus 29-én jelent meg a Cygnus csillagképben, a Denebtől mintegy öt fokkal északra, és elérte a 2,0 magnitúdót (majdnem olyan fényes, mint a Deneb). Későbbi, közelebbi idők emlékezetes eseményei: a V1280 Scorpii, amely 2007. február 17-én érte el a 3,7 magnitúdót, a Nova Delphini 2013, és a 2013. december 2-án felfedezett Nova Centauri 2013, amely az ezredforduló óta egyik legfényesebb nóva volt, 3,3 magnitúdó csúccsal.

A csillagászati megfigyelések és szimulációk szerint egyes fehér törpék ismétlődő nóva-kitöréseket produkálhatnak, amíg a rendszer anyagát nem fogyasztja el vagy amíg a fehér törpe tömege nem nő annyira, hogy elérje a Chandrasekhar-határt, amikor már lehetséges a Ia típusú szupernóva bekövetkezése. Nem minden nóva vezet ilyen kimenetelhez; sok fehér törpe tömege éppen hogy nem gyarapszik jelentősen a kitörések során (sőt, egyes rendszerekben a kitörések során több anyag távozik, mint amennyi összegyűlik).

Előfordulás és észlelési korlátok

A csillagászok becslése szerint a Tejútrendszerben évente nagyjából 30–60 nóva keletkezik, a valószínűsíthető arány körülbelül 40. A ténylegesen felfedezett, Tejútrendszerben évente észlelt nóvák száma ennél jóval alacsonyabb, körülbelül 10, mert sok kitörés elkerüli a figyelmet (fényesség, felhős ég, a galaktikus sík erős csillag- és porelfedése). A mi galaxisunkon kívül, például az Androméda-galaxisban évente nagyjából 25, a 20-as magnitúdónál fényesebb nóvát fedeznek fel, és kisebb számban más közeli galaxisokban is detektálnak nóvaeseményeket.

A nóvák tanulmányozása fontos többek között a bináris fejlődés, az akkréciós folyamatok, a termonukleáris folyamatok és a galaktikus kémiai gazdagodás megértése szempontjából: a kitörések során kilökött anyag visszajut az intersztelláris közegbe, hozzájárulva bizonyos elemek, például nitrogén és neon helyi dúsulásához.

A nóvák megfigyelése ma már amatőrcsillagászok és professzionális teleszkópok kooperációjára épül: a folyamatos monitorozás, időfelbontásos fotometria, spektroszkópia és több hullámhosszon végzett mérések mind szükségesek ahhoz, hogy a kitörések teljes fizikai képét rekonstruálni lehessen.