Összeomló magnetárok gigantikus lökéshullámai idézhetnek elő gammavillanásokat

3640

Egy erős mágneses terű, igen sűrű csillagmaradvány fekete lyukká omlása rendkívüli esemény. A kutatók új szimulációkkal vizsgálták, mi történik akkor, amikor egy magnetár fekete lyukká omlik össze, és lehetséges kapcsolatot találtak ezen események és a gammasugár-kitörések között.

Pillanatkép egy összeütköző neutroncsillagokról készült szimulációból. Az összeütköző neutroncsillagok vagy azonnal fekete lyukat hoznak létre, vagy először egy magnetárt, amiből később válik fekete lyuk. (NASA’s Goddard Space Flight Center, STAG Research Centre/Peter Hammond)

A nagy tömegű csillagok a halálukkor magukba omlanak, és némelyek neutroncsillagként hagyják hátra sűrű magjukat. Sok csillag számára ez az út vége: a neutroncsillag idővel lehűl, forgása lelassul, majd elhalványul. Másokra azonban eltérő végzet vár: ha egy neutroncsillag egy másikkal ütközik, a maradványuk ismét összeomolhat, és fekete lyukká válhat.

Ez a folyamat szinte azonnal végbemehet, az összeolvadás maradványa ezredmásodpercek alatt zsugorodik fekete lyukká. Előfordul azonban, hogy a maradvány több órán át fennmarad, és egy gyorsan forgó, erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillaggá, úgynevezett magnetárrá válik. A magnetár a kibocsátott mágneses szél által energiát veszít, végül nem lesz képes fenntartani magát, és fekete lyukká omlik össze. Azt, hogy egy távoli szemlélő mit láthat ilyenkor, nem tudjuk biztosan.

Egy szupernóva-maradvány, a Rák-köd különböző hullámhosszakon rögzített felvételekből összeállított képe. A szupernóva-robbanást követően neutroncsillag jött létre, amely itt a  kék színben látható pulzárszél-ködöt táplálja. (Röntgen: NASA/CXC/J.Hester (ASU); Optikai: NASA/ESA/J.Hester & A.Loll (ASU); Infravörös: NASA/JPL-Caltech/R.Gehrz (Univ. Minn.))

Elias Most (California Institute of Technology) és munkatársai a magnetárok összeomlását tanulmányozták komplex, általános relativisztikus magnetohidrodinamikai szimulációkkal. A magnetárok összeomlását már korábban is modellezték, de a kutatók ezúttal teljes magnetohidrodinamikai megközelítéssel vizsgálták a problémát, ami lehetővé tette, hogy megvizsgálják a lökéshullámok szerepét az összeomlás alatt és után. Az asztrofizikai lökések lehetőséget adnak a részecskék felgyorsítására és nagy energiájú sugárzás létrejöttére, így egy összeomló magnetárból származó erőteljes lökés akár gammakitörések, vagyis olyan rövid, erőteljes gammasugár-villanások forrása is lehet, amelyek eredetét egyelőre nem ismerjük.

A kutatók egy forgó magnetárt modelleztek, amelynek felszíni mágneses tere 1016 gauss erősségű, ami elképzelhetetlenül erősebb a Földénél. Miután a rendszerbe perturbációt is bevezettek, a magnetár összeomlott, fekete lyukká vált, és egy közel fénysebességű hullámot indított el a magnetoszférába. A magnetoszférában rekedt plazmát a beleütköző hullám felgyorsította, és lökéshullám keletkezett. Az összeomló magnetár által előidézett gigantikus lökéshullám lehet a legerősebb ilyen jelenség a Világegyetemben.

Magnetohidrodinamikai hullámok egy magnetár összeomlása után annak magnetoszférájában. Az újszülött fekete lyuk az ábra központjában látható, ennek forgástengelye a Z tengellyel esik egybe. A zöld vonalak a mágneses erővonalakat mutatják. (Most et al. 2024)

A szimulációk megmutatták, hogy a lökés nyomán egy forró, erőteljes, mágneses elektron–pozitron plazmaáramlás indul robbanásszerűen kifelé. Az elektron–pozitron párok közben összeütköznek, megsemmisítik egymást, és gammasugárzást bocsátanak ki. Hasonlóan sok más gammakitöréshez ez a gammavillamás is csak néhány ezredmásodpercig tart.

Még ennél is érdekesebb, hogy a kutatók vizsgálatai alapján az újszülött fekete lyuk legyűrűzése – az a röpke pillanat, amíg a fekete lyuk eseményhorizontja vibrál – enyhe változékonyságot ad hozzá a gammasugárzás jeléhez. Ez magyarázatot adhat azokra az apró eltérésekre, amelyeket egyes gammakitöréseknél tapasztalunk.

A felvázolt folyamat nemcsak az erőteljes gammakitörések kialakulására ad magyarázatot, de egy másik rejtélyes asztrofizikai jelet is generálhat: gyors rádiókitörést. Az feltételezés egyelőre gyenge, mivel a kutatók szerint az összeomlott magnetárt körülvevő plazma valószínűleg elnyeli a rádiójelet, mielőtt az kijutna. Egy gyors rádiókitörés vagy gammakitörés sugárzása csak bizonyos pontos feltételek mellett tudna kimenekülni a plazma szorításából, és elérni a detektorainkat.

A kutatás részleteiről szóló tanulmány a The Astrophysical Journal Letters című lapban jelent meg.

Forrás: AAS Nova

Hozzászólás

hozzászólás