Különleges röntgenforrást talált a NICER

4766
Művészi illusztráció egy I. típusú röntgenkitörésről. (Forrás: NASA’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA))

A Nemzetközi Űrállomáson működő Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) nevű röntgentávcső 2019. augusztus 20-án 14 óra 4 perckor (UTC) váratlan röntgenkitörést észlelt. A jelenséget egy hatalmas termonukleáris robbanás okozta egy réges-régen szupernóvaként felrobbant csillag maradványának, egy pulzárnak a felszínén.

A NICER által valaha észlelt legfényesebb kitörés a SAX J1808.4-3658 jelzésű objektumtól, röviden J1808-tól származik. A megfigyelések több olyan jelenséget is felfedtek, amelyeket együtt, egyetlen kitörés során nem láttak még sosem. Ráadásul a halványodó tűzgolyó vissza is fényesedett, és ennek okát a csillagászok egyelőre nem tudták meghatározni.

„Ez a kitörés kiemelkedő volt.” – mondta Peter Bult, a NASA Goddard Űrközpontjának kutatója, a pulzár viselkedését leíró tanulmány vezető szerzője. „Kétlépcsős változást látunk a fényességben. Úgy gondoljuk, hogy a pulzár különböző rétegeinek leválása okozta őket, és más olyan jellemzők is közrejátszottak, amik segíthetnek megérteni ennek az erőteljes eseménynek a fizikáját.”

A robbanás, amelyet a csillagászok az I. típusú röntgenkitörések közé soroltak, 20 másodperc alatt annyi energiát szabadított fel, amennyit a Nap körülbelül 10 nap alatt sugároz ki. A különleges kitörés részletes adatai segítenek többet megtudnunk azokról a fizikai folyamatokról, amelyek a termonukleáris robbanásokat és a pulzárok más kitöréseit okozzák.

Forrás: NASA’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA)

A pulzárok a neutroncsillagok egy fajtáját képviselik. A neutroncsillagok igen kompakt objektumok, amelyek nagy tömegű csillagok halálakor, egy robbanás során jönnek létre. A pulzárok gyorsan foroghatnak, és mágneses pólusaiknál röntgensugárzó forrópontokkal rendelkeznek. Ahogy a pulzár forog, ezekre a forrópontokra periodikusan rálátunk, és ilyenkor nagy energiájú felvillanást észlelünk.

A J1808 jelzésű pulzár kettőscsillag-rendszer tagja. Nagyjából 11 ezer fényévre van tőlünk, és a Sagittarius (Nyilas) csillagképben látszik. Szédítően gyorsan forog: 401 fordulatot tesz meg másodpercenként. Társcsillaga egy barna törpe: egy olyan égitest, amely nagyobb, mint egy óriásbolygó, de túl kicsi ahhoz, hogy csillaggá váljon. A társcsillagból hidrogén áramlik a neutroncsillag felé, és egy hatalmas struktúrát, úgynevezett akkréciós korongot hoz létre körülötte.

Az akkréciós korongot alkotó gáz nem áramlik egyszerűen befelé. Néhány évente a J1808-hoz hasonló pulzárokat körülvevő akkréciós korong olyan sűrűvé válik, hogy a gáz nagy mennyiségben ionizálódik, vagyis az atomjairól leválik valamennyi elektron. Ettől a fény még nehezebben hatol át a korongon. A csapdába eső energia újabb felmelegedést és ionizációt vált ki, ami még több energiát ejt csapdába – a folyamat megszalad. A gáz áramlása egyre nehezedik, és elkezd spirálvonalban befelé haladni, majd végül a pulzárra zuhan.

A felszínre áramló hidrogén forró, egyre mélyülő, globális „tengert” hoz létre. A réteg alján a hőmérséklet és a nyomás addig növekszik, amíg a hidrogénmagok elkezdenek héliummagokká egyesülni, és energiát termelnek – ez a folyamat működik a Napunk magjában is.

„A hélium alászáll, és létrehoz egy saját réteget.” – mondta Zaven Arzoumanian (Goddard Space Center), a tanulmány társszerzője. „Amikor a héliumréteg néhány méter mély, a körülmények megengedik a héliummagok fúziós reakcióját szénné. Ezután a hélium robbanásszerűen kitör, és egy termonukleáris tűzgolyót szabadít el a pulzár egész felületén.”

A csillagászok az Eddington-határ elméletéhez folyamodtak, hogy megállapítsák, mennyire lehet erős egy csillag sugárzása, mielőtt az a csillag tágulását okozná. Az eredmény attól függ, hogy milyen összetételű a sugárzás forrása felett fekvő anyag.

„Kutatásunkban ezt a régi elméletet újfajta módon aknáztuk ki.” – mondta Deepto Chakrabarty (MIT). „Úgy néz ki, hogy az Eddington-határt két különböző összetétel esetében látjuk ugyanazon a röntgenforráson belül. Ez hatékony és közvetlen módja az esemény alapjául szolgáló nukleáris reakciók követésének.”

A NICER adatai azt mutatják, hogy a robbanás kezdetén a röntgensugárzás erőssége majdnem egy másodpercre lecsökkent, majd lassabb ütemben növekedni kezdett. A kutatók szerint ez a rövid szünet az a pillanat volt, amikor a robbanás energiája elegendő mértékben felhalmozódott ahhoz, hogy a pulzár hidrogénrétegét az űrbe fújja.

A tűzgolyó további két másodpercig erősödött, majd energiája elérte a maximumát, és lefújta a héliumréteget. A hélium gyorsabban tágult, még azelőtt leelőzve a hidrogénréteget, mielőtt az szétoszlott volna, majd lelassult, megállt, és visszahullott a pulzár felszínére. Ezt követően a pulzár rövid időre 20 százalékkal fényesebbé vált, de ennek okát a kutatók még nem tudják.

A J1808 legutóbbi aktivitása során a NICER egy újabb, gyengébb röntgenkitörést észlelt, amely nem mutatta az augusztus 20-ai esemény egyik fontos jellemzőjét sem.

A különböző rétegek tágulásának vizsgálata mellett a NICER megfigyelései feltárták azt is, hogy röntgensugárzás verődik vissza az akkréciós korongról, és „kitörés-oszcillációk” is észlelhetők: olyan röntgenjelek, amelyek a pulzár forgási frekvenciájának megfelelően erősödnek és gyengülnek, de nem onnan erednek, ahonnan a korábban tárgyalt röntgenimpulzusokért felelős forrópontok vannak.

Az eredményeket közlő tanulmány a The Astrophysical Journal Letters című szaklapban jelent meg, és online is elérhető.

Forrás: NASA

Hozzászólás

hozzászólás