1,2 millió dolláros Shaw-díjjal jutalmazták a magnetárok kutatását 2021-ben

1232

Victoria M. Kaspi (McGill Egyetem, Kanada), valamint Chryssa Kouveliotou (George Washington Egyetem) kapja a 2021-es csillagászati Shaw-díjat a magnetárok kutatásáért. A Shaw Prize Fundation (Shaw-díj Alapítvány) tudományos kitüntetését minden évben a csillagászat, az élettudomány és orvostudomány, valamint a matematika területén jelentős eredményeket elért személyeknek ítélik meg.

Victoria M. Kaspi és Chryssa Kouveliotou kapja a 2021-es csillagászati Shaw-díjat. (Forrás: IAU)

Az erőteljes mágneses térrel rendelkező neutroncsillagokhoz, a magnetárokhoz számos látványos tranziens asztrofizikai jelenség köthető. Victoria M. Kaspi és Chryssa Kouveliotou új és pontos megfigyelési technikákkal erősítette meg az ultraerős mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok létezését, és vázolták is azok fizikai tulajdonságait. Eredményeiknek köszönhetően a magnetárok új és fontos típussá váltak az asztrofizikai objektumok között.

A neutroncsillagok nagy tömegű csillagok felrobbanásakor létrejövő, roppant sűrű maradványok. Vannak köztük olyanok, amelyek rendkívül gyorsan, néhány milliszekundumtól pár másodpercig terjedő periódusidővel forognak, és erős elektromágneses impulzusokat bocsátanak ki – ezeket hívjuk pulzároknak. Mivel nagyon pontos „kozmikus órákról” van szó, kiválóan tesztelhetők rajtuk a Földénél több milliárdszor erősebb gravitációs térben fellépő fizikai jelenségek. Jelentőségüket jól mutatja, hogy a fizikai Nobel-díjat már két alkalommal (1974-ben és 1993-ban) pulzárok kutatásáért ítélték oda.

A pulzárok erős mágneses térrel rendelkeznek, mivel a csillag összeomlásakor a mágneses erővonalak „belefagynak” a csillagmaradványba. Ezek a mágneses terek nyalábokba rendezik a részecskeáramokat a pólusoknál. A klasszikus rádiópulzárok sugárzását főként a forgási energia táplálja, így életük során az energiaveszteség miatt lelassulnak.

Kaspi és Kouveliotou kutatását az az előfeltevés motiválta, hogy a hagyományos pulzároknál akár ezerszer erősebb, extrém mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok jöhetnek létre, ha a szupernóva magjának gravitációs összeomlása során, az első néhány másodpercben erős a dinamó-hatás. Ezeket az objektumokat, az úgynevezett magnetárokat a forgási energiájuk helyett hatalmas mágneses energia-tartalékaik táplálják, és úgy gondoljuk, hogy erős gammakitöréseket produkálnak azáltal, hogy a központjukban nagy energiájú ionizált részecskepárok keletkeznek.

A röntgen/gammaforrások egyik típusa, az úgynevezett ismétlődő lágyröntgen-kitörők (Soft Gamma-ray Repeaters, SGR-ek) megfigyelése során Chryssa Kouveliotou és munkatársai 1998–1999-ben megállapították a magnetárok létezését, és lenyűgöző módon igazolták a magnetármodellt. A röntgenimpulzusok mérésére kidolgozott új technikákkal, és azok alkalmazásával a Rossi röntgentávcső (RXTE) adataiban 1998-ban Kouveliotou képes volt 7,5 másodperces periódusú röntgenimpulzusokat észlelni az SGR 1806-20 jelű állandó röntgensugárforrásban. Ezután megmérte a pulzár forgásának lassulását, amiből mind a pulzár korára, mind a dipól mágneses tér erősségére következtetni tudott – ez utóbbi a magnetárokra becsült értékeken belüli, nagyjából 1014 gauss. A forgás lassulásának mérése különösen nagy kihívást jelentett az ismétlődő jel gyengesége és a rotációs fázis többszöri korrekciójának szükségessége miatt.

Victoria Kaspi kimutatta, hogy a ritka röntgensugárzó pulzárok egy másik típusa, az anomális röntgenpulzárok (Anomalous X-ray Pulsars, AXP-k) szintén magnetárok. Azokat a technikákat használta, amelyeket a rádiócsillagászok alkalmaznak a fáziskoherencia fenntartására a pulzárok periódusidő-mérésekor, és adaptálta őket a sokkal nagyobb kihívást jelentő röntgentartományhoz. Ennek köszönhetően rendkívül pontos mérésekre volt képes teljes fáziskoherenciával több hónapos vagy több éves időintervallumokon át, így az SGR 1806-20 forgásának sokkal kisebb lassulásait is tudta mérni. Emellett fontos szerepe volt a magnetárok jellemzésében, kezdve a fizikai tulajdonságaiktól a hagyományos rádiópulzárokkal való kapcsolatuk tisztázásáig. Munkásságának hála megerősödött a magnetárok önálló forrástípusként való elismerése. Napjainkban a magnetárokat rendszeresen használják az asztrofizikai tranziensek sokféle típusának magyarázatára, ideértve a gammasugár-kitöréseket, a szupernóvákat és a születő neutroncsillagokat is. 

A magnetárok segítségével vizsgálhatók a Földön elérhetetlen, extrém fizikai körülmények, például az erős gravitáció, az extrém sűrűség és a Világegyetem legerősebb mágneses terei. Ebben a nagy energiájú környezetben részecske–antirészecske párok jönnek létre a vákuumból, és lehetővé válik az általános relativitáselmélet, valamint a kvantum-elektrodinamika elméletének tesztelése. 2020–2021-ben először hoztak kapcsolatba egy galaktikus magnetárt a milliszekundumos időtartamú rádiókitörésekkel, az úgynevezett gyors rádiókitörésekkel (Fast Radio Burst, FRB). Ezek az eredmények arra utalhatnak, hogy a látványos extragalaktikus FRB-k legalább egy részét kitöréseket produkáló magnetárok okozhatják. Az izgalmas felfedezésekről későbbi kutatások nyújthatnak majd további információkat.

A 2021-es Shaw-díj Victoria M. Kaspi és Chryssa Kouveliotou a magnetárok, a pulzárok és a gammasugár-kitörések rejtélyes tulajdonságainak feltárásában nyújtott eredményeit ismeri el.

Forrás: IAU

Hozzászólás

hozzászólás