Senki sem érti, hogyan küldhetett jelet a halott csillag

2018.09.27. 06:57

Csillagászok egy csoportjának egy neutroncsillagból érkező anyagkilövellés (szaknyelven jet) rádiójelét sikerült észlelnie. Látszólag ez nem tekinthető egyedi hírnek, más neutroncsillagok esetében is tapasztaltak már hasonlót, a mostani felfedezés egyvalami miatt mégis rendkívüli és igencsak rejtélyes: a Swift J0243.6+6124 katalógusjelű objektum olyan bivalyerős mágneses térrel rendelkezik, hogy a jelenség egyelőre megmagyarázhatatlan a tudósok számára. A rendkívüli felfedezésről a Nature magazinban publikált tanulmány vezető szerzőjét kérdeztük.

Mielőtt belevágnánk a sűrűjébe, érdemes beszélni cikkünk főszereplőjéről, a neutroncsillagról, ami valójában egy régen élt nagytömegű csillag „holtteste". Amikor az egykori masszív csillag nukleáris üzemanyaga kifogyott, szupernóva-robbanás következett be, s centruma saját gravitációja alatt összeroskadt. Az összeomlás a neutroncsillag mágneses terének erejét drasztikus mértékben, a mi Napunkénak több billiószorosára növelte, ami idővel lassan gyengülni fog.

Ahogyan azt korábban említettük, más neutroncsillagoknál, ha nehezen is, de detektáltak már anyagkilövelléseket, azok viszont a mostaninál jóval gyengébb mágneses mezővel rendelkező csillagmaradványokból származtak.

A Swift J0243.6+6124 és a jet művészi illusztrációjaForrás: ICRAR/University of Amsterdam

Hogyan találták meg a Swift J0243.6+6124-et?

A neutroncsillag, valamint az általa kibocsátott jet felfedezésének körülményeiről Jakob van den Eijnden, az Amszterdami Egyetem kutatója mesélt az Origónak.

A csillagász szerint kétfajta teleszkópot alkalmaztak a kutatás során. Az egyik az Egyesült Államokban található, magyarul csak „Nagyon Nagy Távcsőnek" hívott VLT (Very Large Telescope). Ez egy rádióteleszkóp, amely az emberi szem számára láthatatlan, nagyon alacsony frekvencián figyeli az elektromágneses sugárzást. A műszer ehhez az interferometria technikáját hívja segítségül: nem egyetlen teleszkóp, hanem összesen 27 dolgozik össze, az egyes eszközök több kilométerre helyezkednek el egymástól; együttműködve tulajdonképpen egyetlen gigantikus távcsövet hoznak létre. A VLT a jet által kibocsátott fényt észlelte.

A másik kutatóeszköz a Swift volt, ami nem a Földön, hanem a világűrben fürkészi a kozmosz távoli égitesteit. A szatellit fedélzetén egy röntgenteleszkóp található, ami arra szolgál, hogy a kutatók tanulmányozni tudják a neutroncsillag irányába áramló gázból származó fényt.

Azzal, hogy a bezuhanó anyag röntgenjeleit és a kilövellés rádiójeleit egyaránt láttuk, segített megérteni, mi is történik a Swift J0243.6+6124-gyel" – mondta van den Eijnden.

A Swift J0243.6+6124-nek egyébként egy bináris rendszer ad otthont, azaz van egy jóval nagyobb tömegű társcsillaga. A neutroncsillag keringési periódusa 27 nap. A társcsillag (vagy jelen esetben donorcsillag) olyan gyorsan forog a saját tengelye körül, hogy korong alakban veti ki magából az anyagot. Miközben a neutroncsillag keringése során keresztülhalad az anyagkorongon, gázokat szív magához, amik spirálisan áramlanak az objektum belseje felé, egyfajta akkréciós korongot hozva létre a neutroncsillag környezetében.

A donorcsillag (donor star), a gázkorong (gas disk), az akkréciós korong (accretion disk) és a neutroncsillag (neutron star)Forrás: ICRAR/University of Amsterdam

Hogyan jöhetnek létre neutroncsillagból származó anyagkilövellések?

A holland csillagász szerint erre a kérdésre egyelőre nem lehet konkrét válaszokat adni, de léteznek elméletek, amik magyarázhatják a kozmikus jelenségeket.

„Ha egyszerűen szeretnénk megfogalmazni, képzeljük el a következőt: a neutroncsillag közelében jelentős mágnesesség tapasztalható; maga az objektum és így a felé áramló gáz is mágnesezett. A neutroncsillag körül korong alakba rendeződött gázok emellett forognak is. A kavargó mozgás összecsavarja a mágneses mezőt, amitől az egyfajta rugóvá válik. Köztudott, hogy ha a rugót benyomjuk, akkor visszalök, hasonlóképpen taszítja ki jetként a korongban lévő gázt a rugóvá vált mágneses mező is" – magyarázta van den Eijnden. A szakértő hozzátette: természetesen ez egy erősen szimplifikált teória, és a kilövellések eredetének teljes feltérképezésétől még igen távol van a tudomány.

Megtörik a mágneses tér

A fent ismertetett mechanizmus ugyanakkor nem működik kifejezetten erős mágneses mezővel bíró neutroncsillagok esetében. Ilyenkor a gáz egyszerűen nem képes a mágneses mezőt megcsavarni (ahogy egy vaskos acélkábelt sem tudunk az emberi kar erejével meghajlítani).

Van den Eijnden szerint azonban létezik egy lehetséges magyarázat a mostani megfigyelésre.

„Ennek megértéséhez fontos, hogy a mágneses mezőt úgy szemléltessük, mint az északi pólust a délihez kötő vonalak sokaságát (mágneses erővonalak - a szerk.). Nos, a gázkorong megszakíthatja e vonalakat, megakadályozva őket a pólusok összekötésében. Ha ez megtörténik, a >>megtört<< mágneses erővonalak elegendő erőt biztosíthatnak ahhoz, hogy a gáz egy része sugárszerűen kilökődjön a rendszerből" – vázolta fel a teóriát a kutató, aki szerint ebben az esetben lényegtelen, hogy a mágneses mező milyen erős is valójában.

Az elképzelés alátámasztásához – ahogyan az lenni szokott – további megfigyelésekre és adatokra van szükség.

A Swift J0243.6+6124 és a mágneses mezője. A gázkorong a mágneses erővonalak megtörésével van den Eijnden szerint még erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok esetében is képes a kilövellés előidézéséreForrás: ICRAR/University of Amsterdam

Hogyan tovább?

„Mivel a jetnek nem volna szabad léteznie, több kérdés merül fel, mint amennyi választ kapunk a felfedezéssel" – mondta van den Eijnden. Szerinte az egyik legfontosabb lépés most, hogy minél több anyagkilövellést detektáljanak, persze ez különösen akkor nagy segítség, ha erős mágneses mezejű neutroncsillagok produkálják a rádiószignálokat.

„Összevont vizsgálat keretében kezdtük több neutroncsillag rádiójelét figyelni, kiegészítésképpen pedig egyenként, több alkalommal is nézni fogjuk az erős mágneses mezejű objektumok viselkedését, hogy képet kapjunk a kilövelléseik változásairól is" – tette hozzá a csillagász.

Az egyik fő célunk, hogy leteszteljük, vajon a neutroncsillag tengely körüli forgásának gyorsasága összefüggésben van-e a jet erejével; a hipotézis már évtizedekkel ezelőtt megszületett, de bizonyítása értelemszerűen nagy nehézségekbe ütközik. Remélhetőleg a számos forrásból származó jetek keresése idővel megválaszolja ezt a kérdést" – mondta Van den Eijnden.

Forrás: Science Photo Library/MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Mark Garlick/Science Photo Libra

Bár az általunk megszólaltatott szakértő az előző alfejezetben már ismertette saját elképzelését a most talált jet keletkezésének körülményeiről, működésének precíz megértése mégis az elméleti csillagászattal foglalkozó szakemberekre hárul. Ők nem a teleszkópokon át szemlélik a világegyetemet, hanem számításokkal, becslésekkel igyekeznek leírni a minket körülvevő univerzumot. Biztos vagyok benne, hogy mindent megtesznek majd azért, hogy megérthessük az általunk felfedezett jet viselkedését" – fogalmazott a holland csillagász.

A kutatás teljes terjedelmében a Nature magazin legfrissebb számában olvasható.