Blazár vagy pulzár: ez most valami, vagy megy valahova?

344

Magyar közreműködéssel is folyó kutatások nyomán pont kerülhet egy különleges égitest azonosítása történetének végére. A további izgalmas dolgok pedig talán csak most kezdődnek!

Ha valamit felfedeznek az égen, nem mindig könnyű rögtön megmondani, pontosan mi is az. Különösen igaz ez olyan esetekben, amikor az égitest pozícióját a rendelkezésre álló mérések alapján csak igen nagy hibával lehet meghatározni. Ilyesmi történik például a nagyenergiás sugárzás forrásai esetében is, amelyek közül nem egynek az azonosítása más, ismert égi objektumokkal jó ideig egyáltalán nem sikerül. A HESS J1943+213 jelzésű “különös valamit” 2011-ben fedezték fel az elektromágneses sugárzás legrövidebb hullámhosszú gammatartományában. A felfedezéséhez használt H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) egy Namíbiában megépített, atmoszférikus Cserenkov-teleszkópokból álló rendszer. A földi légkör – az élet fennmaradása szempontjából szerencsére, de a gammacsillagászati megfigyeléseket megnehezítve – elnyeli a világűrből érkezett gammasugarakat. Ezért a gammatartományban általában a világűrbe telepített eszközöket kell használni. Kivéve, ha a sugárzás energiája elég nagy: ilyenkor a légkörbe lépő gammafotonok kölcsönhatnak a levegő molekuláival, aminek eredményeként nagy energiájú elemi részecskék (elektronok és pozitronok) zápora keletkezik. Ezek a közegben érvényes fénysebességet meghaladó sebességgel mozgó részecskék energiájukból Cserenkov-sugárzással veszítenek. Ennek kékes fényű, gyors felvillanásait pedig speciális távcsövekkel fel lehet fogni, amilyen a H.E.S.S. is.

20160616_blazar_vagy_pulzar_1
A H.E.S.S. öt távcsőből álló rendszere Namíbiában, a Khomas-fennsíkon a légkörbe lépő nagy energiájú gammasugarak keltette részecskék Cserenkov-sugárzásának megfigyelésére készült, 2003 óta működik. A négy kisebb, 12 m-es átmérőjű tükör között látható ötödik, 28 m-es 2012-ben állt szolgálatba. A távcsőrendszer nevének rövidítése nem véletlen, hiszen Victor Hess fedezte fel a kozmikus sugárzást, amit 1936-ban fizikai Nobel-díjjal ismertek el. (Wikipédia)

A H.E.S.S. segítségével a 30 GeV (gigaelektronvolt, 109 eV) és 100 TeV (teraelektronvolt, 1012 eV) közötti tartományban érkező, és a légkörbe belépő gammasugarakról szerezhetünk közvetve tudomást. (Összehasonlításul: a látható fény fotonjainak energiája csupán kb. 2-3 eV.) A megfigyelésekből meghatározható az égi forrásból érkező gammasugárzás energiaeloszlása és a forrás iránya is, meglehetősen nagy pontatlansággal.

20160616_blazar_vagy_pulzar_2
A HESS J1943+213 gammaforrás esetében a koordinátákat közel 30 ívmásodpercnyi bizonytalansággal tudták meghatározni. A bal alsó sarokban az a folt látható, amivé a rendszer egy képzeletbeli pontszerű égi forrást képezne le. (H.E.S.S. Collaboration, 2011)

A különböző hullámhosszakon készített csillagászati katalógusban a pozíciós bizonytalanságnak megfelelő néhányszor tíz ívmásodperc sugarú körben számos olyan égitest akadhat, ahonnan a nagyenergiás gammasugarak származhatnak. Tipikus gammaforrások az aktív galaxismagok, ahol egy szupernagy tömegű fekete lyuk környezetéből érkezik a sugárzás. Szóba jöhetnek még saját galaxisunkon belül szoros kettős csillagrendszerek, amelyekben az egyik kompakt komponens (neutroncsillag vagy fekete lyuk) anyagot fog be kísérőjéről, illetve pulzárok (gyorsan forgó neutroncsillagok) körüli, nagy sebességekre felgyorsított töltött részecskékből álló ún. pulzárszél-ködök. A HESS J1943+213 ráadásul a Tejútrendszer síkja irányában, mindössze -1,3 fokos galaktikus szélességnél található, ami legalábbis gyanússá teszi, hogy egy galaktikus égitestről lehet szó.

A rendelkezésre álló hiányos mozaikdarabkák összeillesztésével, illetve új megfigyelések végzésével az elmúlt években egy sor kutatócsoport igyekezett kideríteni a HESS J1943+213 valódi természetét. A rádiótartományban, magyar csillagászok vezetésével és részvételével végzett vizsgálatok során, az összegyűjthető információk alapján egy ideig úgy tűnt, hogy a pulzárszél-köd hipotézise áll nyerésre. Ezt alátámasztani látszott egy atomos hidrogénből álló, közel 1 fokos átmérőjű képződmény, amelynek közepe nagyjából egybeesik a HESS J1943+213 pozíciójával. A gyűrű, amit akár egy régi szupernóva-robbanás “fújhatott” ilyen nagyra, tőlünk meglehetősen messze, legalább 50 ezer fényévre, de még a Tejútrendszeren belül lehet.

20160616_blazar_vagy_pulzar_3
A HESS J1943+213 pozíciója körül látszó, gyűrűszerű képződmény az atomos hidrogén 21 cm-es hullámhosszú rádiósugárzása alapján. A vízszintes koordinátatengelyről a galaktikus hosszúság, a függőlegesről a galaktikus szélesség olvasható le. (Gabányi és mtsai, 2013)

A nyomozás tovább folytatódott. A magyar kutatókat is felsorakoztató nemzetközi csoport egyszerre három irányba indult el. Egyrészt a korábban az Európai VLBI Hálózattal (EVN) gyorsan elvégzett, a HESS J1943+213 objektummal azonosított rádióforrás helyzetét nagyon precízen, az ívmásodperc ezredrészének megfelelő pontossággal meghatározó rövid rádióinterferométeres méréseket követően újabb, immár teljes értékű megfigyeléseket kezdeményeztek. Ezúttal az e-MERLIN hálózatot használták, két különböző frekvencián. (Az EVN több európai és egy dél-afrikai rádiótávcső együttműködésével a legkompaktabb rádiószerkezetre vonatkozó információt nyújtott. A Nagy-Britanniában elhelyezkedő antennákkal működő e-MERLIN szögfelbontása kisebb, de a rendszer érzékenyebb a kiterjedt rádióstruktúrákra.) A másik módszer minél több rádiófrekvencián mért adat összegyűjtése volt, amiből a rádióforrás spektrumára vonatkozóan szűrhető le információ. A HESS J1943+213 rejtélyét tovább fokozva, az eredmények most inkább arra utaltak, hogy mégsem pulzárszél-ködről, hanem inkább egy, a Tejútrendszeren jóval túl elhelyezkedő másik galaxis aktív magjáról, egy blazárról lehet szó. A blazárok esetében a szupernagy tömegű fekete lyuk környezetéből kilövellő plazmanyaláb (jet) a látóirányunkhoz közel mutat, felerősítve így a megfigyelhető rádiósugárzást. A nyalábokban a fényét megközelítő sebességre gyorsított részecskék felelősek a gammasugárzás keletkezéséért is. Ebben az esetben a HESS J1943+213 csak véletlenül látszik a Tejútrendszer síkjának irányában, és a hidrogéngyűrű közepén, a valóságban a háttérben, sokkal messzebb van.

A harmadik izgalmas kutatási irány egy lehetséges pulzár keresése volt. A pulzárok gyorsan forgó neutroncsillagok, amelyek rövid – néhány másodperces vagy még kisebb – időközönként rádióimpulzusokat produkálnak. Ha a HESS J1943+213 valóban egy pulzárszél-köd lenne, akkor jó eséllyel pulzárt is lehetne találni a közepében. Ennek kiderítésére a világ jelenlegi legnagyobb antennatányérját magáénak mondható Arecibo obszervatórium (Puerto Rico) ítélt meg a csoport kérésére megfigyelési időt. A mért adatok gondos elemzésével sem lehetett azonban pulzárt kimutatni. Előfordulhatna természetesen, hogy egy pulzár nyalábja éppen nem érinti a Földet, ennek ellenére mégis gerjeszti a körülötte levő ködöt, így a pulzárszél-ködöt láthatjuk, de magát a pulzárt nem vehetjük észre. Az arecibói megfigyelések tehát egy pulzár létét egyértelműen bizonyíthatták volna, ugyanakkor az ismétlődő rádióimpulzusok hiánya önmagában még nem jelenti azt, hogy a pulzár jelenléte ki is zárható. A mérések alapján 70%-os valószínűséggel állítható, hogy nincs pulzár a megfigyelt irányban.

20160616_blazar_vagy_pulzar_4
A többek között a pulzárok kutatásában is vezető szerepet játszó, 305 m átmérőjű rádióteleszkóppal rendelkező Arecibo obszervatóriumot sajnos finanszírozási gondok szorítják. Küzdeni kell a megmaradásáért, nemrég még a bezárásának lehetősége is felmerült. (NAIC)

A legújabb eredményekről, köztük az új e-MERLIN és Arecibo mérésekről beszámoló, a HESS J1943+213 objektumot egy blazárral azonosító publikáció nemrég jelent meg az Astrophysical Journal című folyóiratban. Vezető szerzője Samayra Straal, az Amszterdami Egyetem PhD hallgatója. A csoportban dolgozó magyar kutatók: Gabányi Krisztina és Frey Sándor (FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium), illetve Paragi Zsolt (Joint Institute for VLBI ERIC, Hollandia). Érdekesség, hogy a cikkel majdnem egyszerre egy másik tanulmány is napvilágot látott, az Astrophysical Journal Letters hasábjain. Abban egy japán kutató által vezetett csoport újabb, a korábbinál hosszabb és érzékenyebb EVN mérések alapján szintén a blazár hipotézis mellett tette le a voksot. (Mindkét cikk szabadon hozzáférhető az arXiv adatbázisában.)

Úgy tűnik tehát, hogy a HESS J1943+213 azonosításával kapcsolatban kezd konszenzus kialakulni. Maradtak azonban még kérdőjelek. Az egyik ilyen, hogy centiméteres hullámhosszakon a rádiósugárzás mintegy kétharmada miért nem kompakt, hanem kiterjedt struktúrából érkezik, amikor ez a blazárokra egyáltalán nem jellemző. Az is érdekes kérdés, hogy bár a blazárok – és főleg azok, amelyek nagyenergiás gammasugárzásukkal is észrevétetik magukat – rádió-, infravörös, optikai vagy röntgentartományban általában könnyedén felfedezhető objektumok, ezt az egyet miért volt ilyen komplikált azonosítani? Meglehet, ennek köze van ahhoz, hogy a Tejútrendszer síkja ez esetben “útban van” a galaxismag és a földi megfigyelők között. De talán a blazárok egy nagy, eddig rejtőzködő, optikai és infravörös tartományban teljesen jelentéktelennek tűnő, vagyis a HESS J1943+213-ra hasonlító csoportja vár még felfedezésre.

A magyar kutatók munkáját a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal támogatása (OTKA K104539) segítette.

Forrás:

Hozzászólás

hozzászólás