Különleges pulzártípus lehet a híres szupernóva 34 éve rejtőzködő maradványa

3678

1987. február 24-én a csillagászok egy fényes csillagrobbanást észleltek, amelynek maradványát, az összezúzott csillagmagot régóta keresik. A NASA űrtávcsövei és földi teleszkópok adatai alapján most talán sikerült megtalálni.

Az SN 1987A a Chandra röntgenobszervatórium felvételén, és a benne rejtőző pulzár a kiemelt illusztrációban. (Forrás: Chandra (röntgen): NASA/CXC/Univ. di Palermo/E. Greco; Jobboldali illusztráció: INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo/Salvatore Orlando)

Az SN 1987A volt nagyjából 400 év után az első szabad szemmel látható szupernóva, így nagy érdeklődést váltott ki a kutatók körében, és hamar az egyik legintenzívebben vizsgált objektummá vált az égbolton. A szupernóva a Nagy Magellán-felhőben robbant, a Tejútrendszer kis kísérőgalaxisában, körülbelül 170 ezer fényévre a Földtől.

Miközben a robbanás központjától távolodó törmeléket vizsgálták, a kutatók keresték azt is, ami a csillag magjából megmaradt: a neutroncsillagot.

A Chandra röntgenobszervatórium, a NuSTAR űrtávcső által korábban rögzített és a földi ALMA rádiótávcső-hálózat tavaly közzétett adatai több bizonyítékot is szolgáltatnak arra, hogy az SN 1987A központjában egy neutroncsillag található.

„A csillagászok 34 éven át keresték az SN 1987A maradványában a neutroncsillagot, amelynek ott kellene lennie.” – mondta a kutatás vezetője, Emanuele Greco (University of Palermo). „Rengeteg elmélet született, de mind zsákutcának bizonyult. Úgy gondoljuk, hogy ezúttal más a helyzet.”

Amikor egy nagy tömegű csillag felrobban, először magába roskad, csak utána válnak le a külső rétegei. A mag összenyomódása miatt rendkívül sűrű objektummá válik – mintha a Nap tömegét egy 15 kilométer széles ládába zárnánk. Ezeket az objektumokat neutroncsillagoknak nevezzük, mert szinte kizárólag neutronokból állnak. A neutroncsillagok segítségével vizsgálhatók azok az extrém fizikai körülmények, amelyek a Földön nem állíthatók elő.

A gyorsan forgó és erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok, a pulzárok olyanok, mint egy világítótorony: a sugárnyalábokat, amelyeket kibocsátanak, a Földről periodikusan ismétlődő jelekként érzékeljük. A pulzároknak van egy típusuk, amelynek felszínéről majdnem fénysebességgel száguldó „szél” fúj, töltött részecskék és mágneses terek összetett struktúráit hozva létre – ezeket nevezzük pulzárszél-ködöknek.

A kutatók a Chandra és a NuSTAR adatai alapján viszonylag kis energiájú röntgensugárzást mutattak ki az SN 1987A törmelékében, amely a környező anyagba csapódik. Nagy energiájú részecskékre utaló jeleket is találtak, mivel a NuSTAR képes érzékelni a nagyobb energiájú röntgensugárzást is.

A nagy energiájú röntgensugárzásra két lehetséges magyarázat van: vagy egy pulzárszél-köddel van dolgunk, vagy a robbanás lökéshulláma által nagy sebességre felgyorsított részecskékkel. Utóbbi nem igényli pulzár jelenlétét, és a robbanás központjától jóval nagyobb távolságokban jelentkezik.

Az SN 1987A szupernóva-maradvány 3D nyomtatással készült modelljei a jelenleg megfigyelhető, 30 éves állapotban. A modellek Salvatore Orlando háromdimenziós szimulációi alapján készültek. A szupernóva-robbanás lökéshulláma nekiütközött a már korábban meglévő gázgyűrűnek. A gyűrű megmaradt része a jobboldali nyomaton látható narancsszínben. A 3D nyomatok elkészítése nagyjából 15 órát vett igénybe. (Forrás: Credit: Salvatore Orlando (INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo) & NASA/CXC/SAO/A.Jubett et al.))

A legújabb röntgencsillagászati kutatások a pulzárszél-köd elméletét támogatják, vagyis azt, hogy kell lennie ott egy neutroncsillagnak. A lökéshullám-elmélet több fronton is problémába ütközik. Először is a nagyobb energiájú röntgensugárzás fényessége 2012 és 2014 között nagyjából ugyanakkora maradt, míg az ausztrál ATCA antennarendszerrel mért rádiósugárzás növekedett. Ez a lökéshullám-elméletet cáfolja. Másodszor, a kutatók becslései szerint legalább 400 évig tartana felgyorsítani az elektronokat a NuSTAR adataiban mért legnagyobb energiákra, ami több mint tízszer annyi idő, mint a maradvány kora.

„A csillagászok azzal is számoltak, hogy talán nem telt el elég idő ahhoz, hogy létrejöjjön egy pulzár, sőt azzal is, hogy talán az SN 1987A egy fekete lyukat hozott létre.” – mondta Marco Miceli (University of Palermo), a kutatócsoport tagja. „Több évtizede fennálló rejtély ez, és nagyon izgatottak vagyunk, hogy ezzel az eredménnyel új információkat tehetünk le az asztalra.”

A Chandra és a NuSTAR adatai egy 2020-as elméletet is igazolnak: az ALMA rádiótávcső-hálózat milliméteres hullámhosszon gyűjtött adatai egy pulzárszél-ködre utalhatnak. Míg a „pacára” más magyarázatok is vannak, a pulzárszél-ködöt az új röntgenadatok is alátámasztják. Ez egy újabb bizonyíték arra, hogy egy neutroncsillag lett a szupernóva maradványa.

Ha valóban pulzár van az SN 1987A központjában, akkor ez lehet a valaha talált legfiatalabb közülük.

„Példa nélküli, hogy képesek vagyunk egy pulzárt rögtön a születését követően megfigyelni.” – mondta a kutatócsoport másik tagja, Salvatore Orlando (Palermo Astronomical Observatory). „Egyedülálló lehetőség arra, hogy egy újszülött pulzárt vizsgáljunk.”

Az SN 1987A központja gázba és porba burkolózik. A kutatók fejlett szimulációkat alkalmaztak, hogy megértsék, hogyan nyeli el ez az anyag a különböző energiájú röntgensugarakat, lehetővé téve a röntgenspektrum pontosabb értelmezését, vagyis a különböző energiájú röntgensugárzási értékek kiszámítását. Így megbecsülhették az SN 1987A központi régiójának spektrumát a zavaró anyagok nélkül.

Ahogy általában, most is több adatra van szükség, hogy megerősítsék a pulzárszél-köd létezését. A jövőbeni röntgencsillagászati megfigyelések és a nagy energiájú röntgensugárzás erősödése megcáfolhatja az elméletet. Ha a csillagászok halványodást tapasztalnak a nagy energiájú röntgentartományban, az megerősítheti a pulzárszél-köd létezését.

A pulzárt körülvevő csillagtörmelék fontos szerepet játszik a kisebb energiájú röntgensugarak elnyelésében, és jelenleg el is lehetetleníti a kimutatásukat. A szimulációk azt mutatják, hogy az anyag a következő néhány évben eloszlik, így csökken az elnyelőképessége. Ez várhatóan nagyjából 10 év múlva következik be, és felfedheti a neutroncsillagot.

Az eredményeket közlő tanulmányt a The Astrophysical Journal című szaklap fogadta el közlésre, és online is olvasható.

Forrás: NASA

Hozzászólás

hozzászólás