Hogyan keletkezik a nóvák gamma-sugárzása?

766

Erre a kérdésre kereste a választ egy magyar csillagásszal is “megerősített” kutatócsoport – a rádiótartományban. Publikációjuk a rangos Nature folyóiratban jelent meg.

A nóvák valójában csillagászati méretű termonukleáris bombák. Amikor egy kettős rendszerben keringő fehér törpe felszínére a kísérőcsillagáról anyagbefogással elegendő hidrogén érkezik, és megfelelően nagy lesz a hőmérséklet és a nyomás, hirtelen beindul a magfúzió. A robbanás során a csillag rövid idő alatt jelentősen felfényesedik, anyagot dob le magáról, majd fokozatosan elhalványul. Egy tipikus nóvakitörés során a Nap tömegének 0,01%-át kitevő anyag távozhat, akár 1000 km/s sebességre felgyorsítva.

Először 2012 júniusában detektáltak gamma-sugárzást egy klasszikus (nem visszatérő) nóva irányából, a NASA Fermi-űrtávcsöve segítségével. A csillagászok számára váratlan volt, hogy az elektromágneses sugárzás e legnagyobb energiájú változata a nóvakitörésekkel is kapcsolatba hozható. A szóban forgó nóva a Monoceros (Egyszarvú) csillagképben látszik, neve V959 Mon, tőlünk mért távolsága pedig mintegy 6500 fényév. Azóta már további három nóvából is észlelt gamma-sugárzást a Fermi, de a V959 Mon viszonylagos közelsége hozzájárult ahhoz, hogy pont ennél az objektumnál fedezték fel először a nóvák gamma-sugárzását.

De honnan származik ez a sugárzás? A kérdésre a csillagászatban a legfinomabb felbontásra képes rádióinterferométeres mérésekkel keresték a választ. Végül nem csak a gamma-sugárzás eredetére derült fény, de a nóvakitörés fejlődésének egy valószínű forgatókönyvét is sikerült meghatározni, ami más nóvák esetén is érvényes lehet.

A rádiósugárzás egy része a kidobott forró gázban létrejövő fékezési sugárzás, amely elektromosan töltött szubatomi részecskék kölcsönhatásából ered. Egy kisebb része pedig az ún. szinkrotronsugárzás, amelyet relativisztikus sebességgel mozgó töltött részecskék keltenek erős mágneses térben. A gamma-sugárzás kialakulásához is éppen ilyen gyorsan mozgó részecskékre van szükség.

A V959 Mon rádiósugárzását először az Egyesült Államok Új-Mexikó államában található VLA (Very Large Array) rádiótávcső-rendszerrel térképezték fel. Később még sokkal finomabb felbontásra váltottak, a nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (VLBI) segítségével. A kontinensnyinél is nagyobb kiterjedésű amerikai és európai VLBI hálózatok mérései alapján a nóvában két, egymástól gyorsan távolodni látszó, fényes és kompakt szinkrotronsugárzó komponenst azonosítottak. Az elemzésbe bevonták még a brit e-MERLIN hálózat méréseit, valamint később, 2014-ben a VLA-val is újra megfigyelték a halványodó rádióforrást.

A nóva – sőt bizonyára általában a nóvák – három lényegesen eltérő működési szakaszát sikerült megkülönböztetni a rádiószerkezet változásainak követésével. A modell szerint az első fázisban a fehér törpe és a közeli kísérője keringéséből származó energia a pálya síkjában kidobódott, a két csillag közös burkát alkotó, sűrűbb anyagot gyorsítja. Később már a fehér törpéről származó gyors, a pályasíkra merőleges irányú anyagkiáramlás válik dominánssá. Amikor ez a gyorsan mozgó, poláris kiáramlás utoléri a korábban ledobott anyagot, az ott keletkező lökéshullám gyorsítja fel annyira a töltött részecskéket, hogy (szinkrotron) rádió- és gamma-sugárzás keletkezhessen.

20141030__nova-mon_kep1
Az ábra felső részén a V959 Mon rádióképei láthatók. Először az Európai VLBI Hálózattal (EVN) a kitörés után 91 nappal (kontúrokkal) és 113 nappal (színekkel) készített kép, amelyek összehasonlításával jól kivehető a két komponens távolodása. Középen a VLA képe a 126. napon (színekkel) a forró gáz kelet-nyugati irányú (a kettős pályasíkjára merőleges) tágulására utal. A nagyobb felbontású VLBI képet itt kontúrvonalak szemléltetik. Látható, hogy a kompakt, szinkrotronsugárzó foltok a kétféle irányú – a pályasík menti és a poláris – kiáramlások határvidékén keletkeznek, ami a lökéshullámokra utal. Jobb oldalt az ugyancsak a VLA-val, de sokkal később, a kitörést követő 615 nappal alkotott kép. Az itt kontúrokkal felrajzolt korábbi VLA képpel való összehasonlítás mutatja, hogy a nóva után maradt rádióforrás jócskán kitágult, a lassú kiáramlás jellemző iránya most már észak-déli. Az alsó képsor a nóva fő fejlődési fázisait illusztrálja. (Forrás: Chomiuk et al.)

A VLBI méréseket általában helyben elmentik, majd később egyesítik azokat egy korrelátorban. A fenti megfigyelések érdekessége, hogy részben e-VLBI-ként készültek: az európai VLBI adatokat ezúttal nem elmentették, hanem valós időben továbbították azokat a rádiótávcsövektől a korrelátorig az interneten keresztül, ahol azonnal egyesíteni is tudták őket.

A Nature október 16-ai számában megjelent cikket jegyző nemzetközi kutatócsoport vezetője Laura Chomiuk (Michigani Állami Egyetem, USA), egyik tagja Paragi Zsolt (JIVE, Hollandia). A szakcikk szabadon elérhető az arxiv.org-on.

Forrás: JIVE, NRAO

Hozzászólás

hozzászólás