A neutroncsillagok észlelése az igen erős terű gravitáció felvillantása révén próbálja támogatni az Einstein általános relativitáselméletén alapuló gravitáció megértését.

Az egyik legismertebb neutroncsillag,
a Rák-pulzár (Chandra-felvétel)
Neutroncsillagok nagytömegű égitestek magjaiban jönnek létre szupernóva-robbanások idején. Egy-egy neutroncsillag középponti magjának sűrűsége sokszorosan túllépi a maganyag sűrűségét, ám e csillagok mégsem omlanak össze, hogy fekete lyukakat képezzenek. Igen erős mágneses terek, valamint a szuperfolyékony és szupravezető csillagbelsők mind élénken foglalkoztatják a fizikusok fantáziáját, ám a nehézkedés iránt érdeklődők számára ezek végül is mind másodlagosak. E gravitáció-orientált fizikusoknak a neutroncsillag becsült gravitációs tere fontos - amely Einstein általános relativitáselméletén alapul -, nem pedig a klasszikus gravitáción, amelyben ilyen erős tér nem fordul elő. A neutroncsillagok észlelése így, az igen erős-terű gravitáció felvillantása révén, próbálja támogatni e jelenségek megértését.

A Rossi Röntgen Időmérő Szonda (Rossi X-ray Timing Explorer, RXTE), valamint a neutroncsillagok és a kettős rendszerekben lévő fekete lyukak a legfontosabb "eszközeink" az erős gravitációs hatások észlelésére. Amikor ugyanis egy kettőscsillag egyik tagja neutroncsillag, avagy fekete lyuk, továbbá amikor e kettősre kívülről egészen közönséges anyagot viszünk át, akkor azonnal röntgensugárzás emittálódik. S ilyenkor a Rossi-szonda - egészen az ezredmásodperc töredékéig - tudja ezt észlelni. Ez képessé teszi a szondát arra, hogy egészen különböző frekvenciák mellett is detektálhassa a luminozitás változását. Legutóbb például már 1 kiloherz nagyságrendű sugárzás frekvenciáját is sikerült észlelni neutroncsillag- és feketelyuk-jelölt objektumok Fourier-spektrumaiban. Az ilyesmi úgy érhető el, ha egy "részecske" körmozgását tekintjük egy-egy neutroncsillag (vagy fekete lyuk) körül. (Egy neutroncsillag tömege akkor tekinthető tipikusnak, ha a hozzá a lehető legközelebbi pályán keringő részecske keringési frekvenciája 1 kHz körül van). Így ez azt jelenti, hogy a legutóbbi megfigyelések valóban a neutroncsillag körüli anyag pályamenti mozgásához kapcsolhatóak, a sugárzás igen erős gravitációs térből ered és relativisztikus effektusok jeleit is mutatja.

1 kiloherz körüli frekvenciájú rezgést több mint 20 forrás esetében észleltek eddig. Ezeknek a rezgéseknek két típusa különböztethető meg. Az egyik - az ún. I-típusú kitörések esetén észlelhető - rezgés, amikor is elegendő mennyiségű hidrogén fogódik be a neutroncsillag felületére, és amikor ott magfúzió fordul elő, s amit rövidebb "röntgensugárzási kitörések" követnek. Ameddig inhomogenitás van a csillag anyagában, a csillag fénye kitöréseknél a csillag pörgése szerint változik. Azaz, maximális erősséget annál a frekvenciánál mutat a Fourier-spektrumban, amely frekvenciával a csillag pörög. Különböző források esetén - a kitörések időtartamaiból mérve - a pörgés frekvenciáira 330 és 590 Hz közötti értékeket találtak. Ha itt az utolsó frekvencia tényleg a neutroncsillag pörgési frekvenciáját jelenti, akkor ez - a máig ismert égitestek között - a harmadik leggyorsabban pörgő neutroncsillag. (A legközönségesebb típusú neutroncsillag a pulzár, amely folyamatosan sugározza az állandó hosszúságú impulzusokat. Ezek az impulzusok messzemenően nem olyanok, mint - az e cikkben is említett - ki-kihagyó, időnként szünetet tartó, impulzusú sugárzás. A gyakran milliszekundumos pulzárokként is emlegetett, leggyorsabb pulzárokról úgy gondolják a kutatók, hogy az ezekben, röntgensugárzó kettőscsillagok tagjaként ott lévő neutroncsillag pörgése úgy gyorsult fel a mai értékre, hogy anyagot "szipkázott át" a társcsillagról. Fontos dolog, hogy a Rossi-szonda megfigyelései azt mutatják: az e kettős rendszerekből érkező sugárzás igen hasonló a "milliszekundumos pulzárok" sugárzásához. A "hiányzó láncszem" olyan neutroncsillag lenne, amelynek viselkedése mind az akkréciós röntgenkettősök, mind a milliszekundumos pulzárok viselkedését egyaránt megtestesíti. (Hasonló objektum sugárzását épp a közelmúltban észlelték.)

A kiloherzes rezgések másik típusa állandóan sugárzó csillagoktól ered. Például, a 4U 1728-34-es kettős neutroncsillag-rendszer Fourier-spektruma széles csúcsokat mutat, amelyek mind QPO-knak (QPO = quasi-periodic oscillation), vagyis csaknem periodikus rezgéseknek felelnek meg, ahelyett, hogy szigorúan periodikus jelenségek éles "tüskeszerű csúcsai" lennének. Az 1. ábrán található két QPO-csúcs frekvenciájának különbsége - legalábbis, kezdetben még úgy hittük - állandó. Ez az állandó frekvencia pedig ugyanaz, mint a csillag - röntgenkitörések révén nyert - pörgési frekvenciája, amely egyébként a "lebegési frekvencia modell" terminológiájában is értelmezhető. (A lebegési frekvenciának is nevezhető frekvencia a neutroncsillagokból eredő röntgensugaraknál is hasonló a zenében tapasztalható lebegéshez.)

E modellben - ill. a kettős neutroncsillag-rendszer Fourier-spektrumában - a (pl. 1000 Hz körül található) csúcs megfelelhet az akkréciós korong belső éle pályamenti keringési frekvenciájának, míg a (pl. 800 Hz körüli) csúcs a csillag pörgésének rezgésszáma és az orbitális rezgésszám különbségének. Ahogy a belső él - a sugár irányában - befelé mozog, a pályamenti frekvencia a Kepler-törvény szerint növekszik. Későbbi megfigyelések azonban azt jelezték, hogy a két nagyfrekvenciájú csúcs különbsége - noha soha nem haladja meg a 25%-ot -, nem állandó. Világos, hogy a lebegési frekvencia modell vagy hamis, vagy pedig még további fizikai megfontolásokat is igényel. Egy neutroncsillag-kettős spektrumában próbálták azonosítani a lebegési modell alapján adódó frekvenciát, ám amit - az általános relativitás-elméletet is felhasználva - számítottak, az nem több 20 Hz-nél, míg a kísérletileg észlelt érték 65 Hz.

Ez az elbizonytalanító adatpáros más kételyeket is támaszt. A lebegési frekvencia-modellel elmondhatjuk, hogy lebegés-szerű jelenséget csupán alacsonyabb luminozitású forrásoknál észleltek. Vajon előfordulnak ilyenek nagy luminozitású forrásoknál is? Feketelyuk-jelölt források spektrumai hasonlítanak az imént említettekhez (bár alacsonyabb frekvenciákon). Vajon lebegési jelleg felfedezhető-e ezekben a spektrumokban? Reméljük, hogy az ezután érkező adatok segítik majd e kérdések megválaszolását. Annyi mindenesetre biztos, hogy a röntgensugárzás az igen erős gravitációs terű tartományokból ered, továbbá, hogy - neutroncsillag-rendszerek esetén - az általános relativitás-elmélet igen fontos effektusokról ad számot.

(Természet Világa)

Ajánló:

Korábban:

2001. január 22. Nehéz elképzelni szélsőségesebb "csillagpárt", mint egy neutroncsillag és egy fekete lyuk kettőse. Nem kizárt, hogy először találtak ilyen kombinációt a csillagászok. 2000. augusztus 28. Angol csillagászok felfedezték, hogy egy már régóta ismert pulzár forgástengelye "imbolyog", azaz a csillag a kiegyensúlyozatlan pörgettyűhöz hasonlóan precesszál.