Univerzum: olyan titokzatos objektumot fedeztek fel, ami dacol a fizika törvényeivel

Csillagászok egy csoportja nagyon különleges és a hagyományos modellekkel megmagyarázhatatlanul viselkedő objektumot fedezett fel a kozmosz mélységeiben. A felfedezés újfent rávilágít arra, hogy az univerzum még számos olyan titkot rejt, amire csak nagyon nehezen tudunk magyarázatot találni.

Az univerzum mélységei még rengeteg szokatlan és az ismereteinkkel dacoló jelenséget rejtenek Fotó: NASA

Az univerzum mélyén egy rendkívül furcsa, a fizika hagyományos törvényeivel és a neutroncsillagokra, illetve a hosszú periódusú rádiótranziensekre vonatkozó ismereteinkkel dacoló objektumot fedezett fel asztrofizikusok egy csoportja. A tudósok a misztikum világának egyik szimbólumaként ismert unikornis, vagyis az egyszarvú becenévvel illették az objektumot, ezzel is az égitest rendkívüli furcsaságára utalva.

                                                                 Az univerzum újabb rejtélyes jelensége az újonnan felfedezett CHIME J1634+44 jelű objektum                                                                        Fotó: NSF/AUI/NSF NRAO/P.Vosteen / Live Science

Az világegyetem egyik újabb nagy kérdőjele

Az univerzum titokzatos jelenségeit kutató NSF Green Bank Obszervatóriumban (NSF GBO) dolgozó tudóscsoport egy hihetetlenül ritka és furcsa objektumot azonosított a közelmúltban. Az úgynevezett hosszú periódusú rádiótranziensként (LPT) azonosított objektum a CHIME J1634+44 katalógusszámot kapta. Ezek az objektumok a forgó rádiótranziensekhez (RRT) hasonlóak, amelyek igen rövid rádióimpulzusokat bocsátanak ki, amit feltehetően a pulzáló neutroncsillagok (pulzárok) okoznak. A kutatók a felfedezéshez kapcsolódó tanulmányukat az Universe Today szakfolyóiratban publikálták, július 22-én.

Egy pulzár képe   Fotó: Wikimedia Commons/NASA/CXC/PSU/G.Pavlov et al.

A pulzár olyan gyorsan forgó neutroncsillag, ami rendkívül erős mágneses térrel rendelkezik. A neutroncsillag főleg szupernóva-robbanás során keletkezik, de olyan fehér törpékből is kialakulhat, amelyek kellő mennyiségű anyagot gyűjtenek össze a kozmikus környezetükből ahhoz, hogy esetükben is bekövetkezhessen a gravitációs összeomlás, vagyis az az asztrofizikai folyamat, melynek során az összeroskadó csillag saját gravitációja miatt az anyaga a középpontjába omlik és az átmérője egy atom átmérőjénél is kisebbre zsugorodik. A pulzálás azoknál a neutroncsillagoknál lép fel amelyeknél a mágneses tengely nem esik egybe a neutroncsillag forgási tengelyével. Ahogy az erős gravitációjuk miatt a környezetükből befogott anyag a mágneses pólusoknál a csillag felé zuhan, röntgensugárzás formájában nagy mennyiségű energia szabadul fel egy kúp formájú térrészben. Ezek az égitest mágneses pólusairól érkező röntgensugarak a neutroncsillag gyors tengelykörüli forgása miatt szabályos periódusú pulzálásnak látszanak a távoli megfigyelő számára.

Az LPT-k között az a különbség, hogy rendkívül eltérő a forgási periódusuk; ezek néhány perctől kezdve akár órákig is eltarthatnak. A CHIME J1634+44  az egyetlen eddig megfigyelt olyan LPT azonban, ami "felfelé" forog, amit a csökkenő forgási periódusa és a rendkívül szokatlan polarizációja is jól mutat. Ezek a furcsa tulajdonságok megkérdőjelezik az átmeneti objektumokról alkotott jelenlegi ismereteinket, és új kérdéseket vetnek fel az univerzumot irányító fizikával kapcsolatban. 

A rendkívül erős mágneses mezővel rendelkező neutroncsillagok a magnetárok   Fotó:  NASA/JPL-Caltech

A CHIME J1634+44 ismétlődő rádiókitöréseinek időzítésével kapcsolatban teljesen tanácstalanok az objektumot felfedező asztrofizikusok. Fengqiu Adam Dong, az NSF Green Bank Obszervatórium Jansky-ösztöndíjasa erről a következőket nyilatkozta, akit a Live Science tudományos hírportál idéz: "A CHIME J1634+44-et akár „unikornisnak”, titokzatos egyszarvúnak is nevezhetnénk az LPT-k között. A kitörések látszólag ugyanis 14 percenként, azaz 841 másodpercenként ismétlődnek – de ami rendkívül szokatlan, hogy van egy különálló, 4206 másodperces, azaz 70 perces másodlagos periódus is, ami pontosan ötször hosszabb a rövid kitörések idejénél. Úgy gondoljuk, hogy mindkettő valóságos jelenség, amit feltehetően egy neutroncsillag körül keringő rendszer okozhat."

Nem úgy viselkedik, mint az ismert neutroncsillagok

Az NSF Green Bank Obszervatórium rádióteleszkópján kívül a rendkívül szokatlanul viselkedő objektumot a Very Large Array (VLA), a kanadai Fast Radio Burst and Pulsar Project, valamint a NASA Neil Gehrels Swift Obszervatóriumának műszereivel is megfigyelték. 

Az NSF Green Bank Obszervatórium egyik nagy teljesítményű rádióteleszkópja    Fotó: JPL-Caltech / Wikimedia Commons

E teleszkópok együttes képességei tették lehetővé a tudósok számára, hogy részletesen tanulmányozzák az objektum furcsa jeleit. Míg a CHIME széles látótere az objektum tranziens periodikus kitöréseit detektálta és figyelte a spinjét -vagyis a perdületét-, a VLA interferometrikus képalkotást (más néven realfast) használó valós idejű gyors tranzienskereső-rendszere pedig nagyfrekvenciás megfigyeléseket szolgáltatott az intersztelláris (csillagközi) közeg (ISM) torzulásainak korrigálására, és pontosabb helymeghatározási adatokat kínált. A GBT nagy felbontású időzítési adatokkal járult hozzá a polarizáció és a spin elemzéséhez, míg a Swift a jelenség röntgendiffrakciós megfelelőit kereste, amelyek jól kiegészítették a többi obszervatórium rádiómegfigyeléseit. 

Egy neutroncsillag művészi ábrája   Fotó: ESO / L. Calçada

Normális esetben a kompakt objektumok, mint például a neutroncsillagok, idővel energiát veszítenek, melynek következtében lelassul a forgási sebességük, a forgási periódusuk pedig meghosszabbodik.

A neutroncsillagok nagy mennyiségű szabad neutront tartalmazó olyan maradványcsillagok, amelyek szupernóva-robbanás során keletkeznek. Az elődcsillag magja a szupernóva-robbanáskor a gravitációs kollapszus miatt összeomlik, a mérete pedig jelentősen lecsökken. Mivel az összeomló csillagnak a gravitációs kollapszus során se a mágneses energiája sem pedig a perdülete nem változhat meg, a robbanás után kialakuló neutroncsillag szédítő sebességgel forog és rendkívül erős a mágneses tere is. A neutroncsillagok 1-3 naptömegnek megfelelő tömeggel rendelkeznek, de az átmérőjük a modellszámítások szerint mindössze csak 20 kilométer körüli.

De amikor a kutatócsoport megfigyelte a CHIME J1634+44-et, azt tapasztalták, hogy az előbbiekkel szöges ellentétben az objektum forgási periódusa rövidül, ami azt jelenti, hogy az LPT-nek fel kell gyorsulnia. Mivel erre egyetlen hasonló objektum esetében sincs példa és e jelenségre elfogadható magyarázat sincsen, a csapat azt feltételezi, hogy a CHIME J1634+44 egy zsugorodó pályájú kettős rendszer része lehet. 

Szupernóva-robbanás művészi ábrája  Fotó: AFP

Ez annak tulajdonítható, hogy a kettős csillagpárok a gravitációs kölcsönhatás, vagy pedig gravitációs hullámok (GW) kibocsátása révén energiát veszítenek.

Mindentől eltér, amit eddig ismerünk

Noha ehhez hasonló viselkedést más, egymáshoz közel keringő fehér törpéknél is megfigyeltek már - vagyis hogy rövidül a periódusidejük-, de eddig még soha sem találtak olyan neutroncsillagot, amely ezt minden egyes rádiókitörésnél megtenné. Ráadásul a CHIME J1634+44 rádiókitörései tökéletes örvényként haladtak az űrben, ami azt jelenti, hogy e kitörések teljes mértékben cirkulárisan polarizáltak.

Az univerzum működéséből még nagyon sok mindent nem értünk   Fotó: Wikimedia Commons

 Ez pedig arra utal, hogy e rádióhullámok keletkezési módja alapvetően eltér mindattól, amit az összes eddig ismert hasonló objektumnál tapasztaltunk. "A CHIME J1634+44 felfedezése kibővíti a az általunk ismert LPT-populációt, és alapvetően megkérdőjelezi a neutroncsillagok, valamint a fehér törpék meglévő modelljeit azt sugallva, hogy sokkal több ehhez hasonló furcsa objektum vár még felfedezésre" - mondja Fengqiu Adam Dong, a kutatócsoport tagja.

Egy fehér törpe méretét szemléltető infografika. Az összeomlott és forró csillag mellett a Hold látható   Fotó: Space.com

E felfedezések új utakat nyitnak a rádiócsillagászatban, és hozzásegíthetik a csillagászokat a sebesen forgó neutroncsillagok, a kozmosz egyik legrejtélyesebb objektumai titkainak felfedéséhez.

Az újonnan felfedezett objektum, a CHIME J1634+44 viselkedése:

• teljesen eltér az eddig ismert hosszú periódusú rádiótranzienséktől,
• ami szabályos időközönként egy-egy rövid, és egy-egy hosszú periódusú rádiókitörést produkál,
• aminek okát egyelőre még nem tudják egzakt módon megmagyarázni,
• és csak feltételezik, hogy egy pulzáló neutroncsillag körüli ismeretlen rendszer okozhatja.