Neutroncsillagok "rakétahajtóművei"

Régóta ismeretes, hogy a szupernóva-robbanás után visszamaradó, rendkívül sűrűre préselődött neutroncsillag hatalmas lendületű száguldásba kezd, amelynek energiáját az utóbbi évek megfigyeléseiből levont következtetések szerint valamiféle visszalökődés adhatja.

Amikor egy nagytömegű csillag nukleáris tüzelőanyaga elfogy, másodpercek leforgása alatt rendkívüli dolgok történnek: a csillag 1500 kilométeres átmérőjű gázmagja nagyon sűrű, mindössze 15 kilométer átmérőjű neutroncsillaggá roppan össze, miközben az eredeti csillag mintegy tíz naptömegnyi "burkai" félelmetes energiával repülnek szét. A frissen keletkezett neutroncsillag eközben több száz, néha 1000 kilométeres másodpercenkénti sebességgel repül el. Úgy tűnik, az eredetileg jellegzetesen néhányszor tíz kilométeres sebességgel "cammogó" csillagot keletkezésekor valamilyen erőhatás erőteljesen meglöki. De honnan származhat ez a rúgás?

Dong Lai, a Cornell Egyetem csillagászprofesszora szerint a jelenség magyarázatára két lehetőség is kínálkozik: az egyik a "tömeg", a másik a "neutrínó-rakéta".



A neutroncsillag keletkezése az új modell szerint nem ennyire szimmetrikus

A neutroncsillagok nyolc naptömegnél nagyobb csillagokból keletkeznek. A magfúzió során a csillag egyre nehezebb elemeket állít elő, végül a belső mag vassá alakul át. Ha a vasmag tömege 1,4 naptömegnél nagyobb (ez az úgynevezett Chandrasekhar-határ), akkor saját tömegvonzásának hatására összeroppan. Amikor az összeomló anyag sűrűsége eléri a maganyag sűrűségét, a csillag magja újra energiára tesz szert, és a hirtelen visszapattanáskor keletkező lökéshullámok a kívül fekvő csillagburkokat széttépik és szétfújják. A szupernóvák elméletének egyik legfontosabb megoldatlan kérdése, hogy pontosan hogyan megy végbe ez a folyamat.

Ugyanakkor az is régóta ismeretes, hogy a visszamaradó, rendkívül sűrűre préselődött neutroncsillag hatalmas lendületű száguldásba kezd, amelynek energiáját az utóbbi évek megfigyeléseiből levont következtetések szerint valamiféle visszalökődés adhatja. "Ha egy álló csónakból kidobunk egy nagy követ, akkor a csónak az ellenkező irányba siklik tova. Valami hasonló történhet a neutroncsillagokkal is" - magyarázta Lai.

A visszalökődés nem csupán a neutroncsillag száguldásának, hanem más jelenségeknek - például a kettős pulzárrendszerek bizonyos sajátságainak - a magyarázatára is alkalmas. Lai szerint a visszalökődés magyarázata a szupernóva nem gömbszimmetrikus alakjában rejlik, amelyet számos újabb megfigyelés is megerősít.

A kutató Peter Goldreichhel, a Kaliforniai Műszaki Intézet asztofizikusával közösen kidolgozta az általuk "tömegrakétának" nevezett modellt. Eszerint közvetlenül az összeroppanás előtt a vasmagot, amelyből végül a neutroncsillag kialakul, egy olyan burok veszi körül, amelyben még folyik a magfúzió. A vasmagban az összeomlás közben keletkező gravitációs hullámok a mag felszínénél nekiütköznek ennek a forró buroknak, és abból energiát vesznek fel, amely ugyanúgy felerősíti a gravitációs hullámokat, ahogy a szél felkorbácsolja az óceán vízhullámait. Mivel azonban a szerkezet nem gömbszimmetrikus, a mag felszínén valahol a sűrűségingadozások az átlagosnál nagyobbak lesznek, amit a mag összeroppanása során a gravitáció még tovább is erősít. Ezért amikor az összeomlás után a mag hirtelen "visszapattan", a kifelé haladó lökéshullámok különféle irányokban más-más sűrűségű rétegekbe ütköznek, ennek következtében lerepülő tömegek eloszlása is aszimmetrikus lesz. Ezért a rakétaelvnek megfelelően a neutroncsillag a legnagyobb tömegkidobás irányával ellentétes irányba fog gyorsulni.

Egy másik lehetőség, amelyet Lai és korábbi tanítványa, az azóta már a Torontói Egyetemen dolgozó Phil Arras vizsgált meg, az úgynevezett "neutrínó-rakéta" modell. Ez az elmélet a neutroncsillag körüli erős mágneses tereken alapul. Eszerint a mag összeroppanásakor keletkező hatalmas hőmennyiség energiáját neutrínók viszik ki a magból. Ahogy ezek zegzugos pályán kifelé repülnek a forró (több százmillió fokos) neutroncsillag belsejéből, a csillag anyagával a radioaktivitásért is felelős gyenge erővel hatnak kölcsön. Ez az erő azonban a tér tükrözésére nézve nem szimmetrikus ("paritássértő"), azaz külső mágneses tér jelenlétében a tér irányába több repül ki, mint az ellentétes irányban. Ezzel az elképzeléssel az a gond, hogy a legtöbb neutroncsillagban a mágneses tér nem elég erős ahhoz, hogy a "neutrínó-rakéta" tolóereje elérje a megfelelő gyorsításhoz szükséges szintet. Azonban a neutroncsillagok elmúlt két évben felfedezett, különlegesen erős mágneses terű csoportja, az úgynevezett magnetárok esetében ez a "meghajtás" is elég erős lehet a csillag gyorsításához. A hagyományos, kisebb mágneses terű neutroncsillagoknál pedig a "tömegrakéta" működése szolgáltathatja a megfelelő nagyságú visszalökő erőt.

(Élet és Tudomány)

Ajánló:

Kitűnő magyar nyelvű anyag pulzárokról, szupernóvákról, magnetárokról, gamma- és röntgencsillagászatról.