Magnetár: olyat láttak, amit eddig még soha egy gigantikus csillagrobbanásban

A csillagászati felfedezések történetében most először sikerült az asztronómusoknak megfigyelnie az univerzum egyik legkülönlegesebb energiaforrásának, egy magnetárnak a megszületését egy szokatlanul fényes szupernóva magjában, méghozzá egy olyan hatásnak köszönhetően, amit Albert Einstein jelzett előre az általános relativitáselméletében. A csillagászok rendkívül szokatlan remegéseket észleltek az extrém fényes szupernóva fénygörbéjében, ami arra utal, hogy magnetár keletkezett a szélsőséges csillagrobbanásban.

Először sikerült megfigyelni egy magnetár ekeltkezését Fotó: Wikimedia Commons

Magnetár keletkezése állhat egy extrém fényerejű szupernóva-robbanás hátterében – erre jutottak a Kaliforniai Egyetem asztrofizikusai a napokban közzétett tanulmányukban. Ez az első olyan alkalom, amikor sikerült megfigyelni az univerzum egyik legextrémebb objektumának a keletkezését egy hatalmas erejű csillagrobbanásban.

A magnetár az univerzum egyik legextrémebb objektuma. Forrás: Meteored UK

A magnetár az univerzum egyik legkülönlegesebb objektuma

A rangos Nature tudományos folyóirat március 11-i számában publikált friss tanulmányt jegyző kutatók szerint ez az izgalmas felfedezés az első olyan alkalom, amikor az általános relativitáselméletre volt szükség egy felrobbanó csillag mechanikájának pontos leírásához, illetve értelmezéséhez. 

A magnetárok olyan neutroncsillagok, amelyeknek rendkívül erős a mágneses tere. 

A neutroncsillagok, így a magnetárok is a nagy tömegű csillagok gravitációs összeomlása során bekövetkezett szupernóva-robbanás maradványcsillagainak tekinthetők. 

Az NGC 4526 spirálgalaxisban fellángolt SN 1994D Ia típusú szupernóva. Forrás: NASA/ESA

A mintegy egy–három naptömegnek megfelelő anyag egy alig húsz kilométeres átmérőjű térfogatba sűrűsödik össze, ami miatt a neutroncsillagok rendkívül erős gravitációval rendelkező égitestek, amelyek felszínén a gravitációs mező 2×10 a 11-edikenszer erősebb mint a Földön, a szökési sebesség pedig eléri a fénysebesség egyharmadát, azaz a százezer kilométer/órás sebességet.

Vannak olyan neutroncsillagok, amelyek elektromágneses hullámokat keltenek, főleg a gamma- és röntgentartományban. Ezeket a tengelyük körül rendkívül sebesen forgó neutroncsillagokat nevezzük pulzároknak. Az extrém erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok pedig a magnetárok.

A magnetárok ezt a hihetetlenül gyors tengely körüli forgást azonban a szélsőségességig viszik, olyan erős mágneses mezőket generálva, amelyek még az egyes atomokat is képesek szétszakítani. 

Egy magnetár művészi ábrája. Forrás: Wikimedia Commons

Az asztrofizikusok már több mint egy évtizede azt jósolják, hogy a magnetárok kialakulása segíthet megmagyarázni az úgynevezett szuperfényes szupernóvák létét, amelyeknek legalább tízszer erősebb a fényességük a „normál” szupernóvákhoz képest. (Érdemes ezzel kapcsolatban megjegyezni, hogy még egy átlagos szupernóva-robbanás során is a felrobbanó csillag luminozitása rövid ideig elérheti, sőt meghaladhatja egy átlagos, vagyis tíz–százmilliárd csillagból álló galaxis összsugárzását.) 

Elméletileg ezek a ritka és rendkívül intenzív kifényesedések akkor fordulhatnak elő, ha magnetár alakul ki a szupernóva középpontjában, 

mivel a csillagmaradvány túltöltött mágnesessége tovább gyorsíthatja a töltött részecskék kilökődését. De e hipotézis helyességét mindeddig még senki sem tudta bebizonyítani megfigyelési adatokkal is.

 

Érthetetlen módon viselkedett a szupernóva fénye

A Kaliforniai Egyetem szaktudósai a Nature tudományos szakfolyóiratban március 11-én közzétett tanulmányukban először mutattak be konkrét bizonyítékot arra, hogy a 2024 decemberében fellobbant, SN 2024afav katalógusszámot kapott extrém fényes szupernóva magjában a gigantikus robbanás eredményeként egy magnetár alakult ki. 

A szupernóva-robbanás az univerzum egyik legnagyobb energia felszabadulással járó eseménye. Forrás: AFP

Az SN 2024afavo fénygörbéjének elemzésével – amely több mint kétszáz napig ragyogott az éjszakai égbolton, és amit világszerte több mint két tucat teleszkóp figyelt meg – a tudóscsoport megállapította, hogy a robbanás fénye a csúcsfényesség elérése után sem halványult el fokozatosan, mint ahogy más szupernóvák esetében tapasztalható. 

Ehelyett legalább négyszer erősödött és halványult a szupernóva fényessége, ami a kutatók szerint egy magnetár keletkezésének a bizonyítéka.

– Ez perdöntő bizonyíték arra, hogy magnetár jött létre egy szuperfényes szupernóva-mag összeomlása következtében – mondta Alekszej Filippenko, a Kaliforniai Egyetem (UC, Berkeley) csillagásza, akit a Live Science tudományos hírportál idéz.

Először sikerült bizonyítékot találni egy magnetár születésére egy szupernóva-robbanásban. Forrás:  ESO/L. Calçada 

De ez az első olyan alkalom is, hogy megfigyelhettük egy magnetár megszületését, ami nagyon izgalmas dolog

– tette hozzá az asztronómus. A múltban a csillagászok más olyan jelenségeket is megfigyeltek már, amelyek magnetárt hozhattak létre, például két kisebb neutroncsillag egyesülését. A mostani új tanulmány azonban az első közvetlen bizonyíték egy magnetár megszületésére. A kutatók az elemzett adatok alapján megbecsülték az újszülött magnetár fizikai jellemzőit is. 

Szupernóva-robbanás művészi ábrája. Forrás: Devianart

Úgy vélik, hogy valószínűleg 4,2 milliszekundumként (másodpercenként 238-szor) fordul meg a tengelye körül, és a mágneses mezeje nagyjából háromszázbilliószor (!) nagyobb, mint a Föld mágneses mezeje, ami a bolygónkat védi a potenciálisan veszélyes napviharoktól.

 

Einstein jóslata segített a rejtvény megfejtésében

Az SN 2024afavo fénygörbéjén belüli imbolygást valószínűleg az újonnan született magnetárt körülvevő akkréciós korong okozza. Ez a korong a felrobbanó csillagból származó gázból és porból áll, amelyet a hatalmas gravitációs erő a csillagmaradvány felé húzott vissza. Ez hasonló a fekete lyukak körüli akkréciós korongokhoz, de szinte biztosan aszimmetrikus, ami azt jelenti, hogy nem illeszkedik a magnetár forgástengelyéhez. 

Egy szupernóva-robbanás maradványa: a Bika csillagképben lévő Rák-köd, a közepén egy neutroncsillaggal. Fotó:  NASA, ESA/J. Hester and A. Loll

Albert Einstein általános relativitáselmélete szerint egy ilyen korong az úgynevezett Lense–Thirring-precesszió néven ismert jelenségnek lenne kitéve, ami a magnetár forgástengelyéhez képest az akkréciós korong billegést okozza, emiatt a korong hol kifényesedne, hol pedig elhalványodna, amint áthaladna a csillagmaradvány és a Föld közötti látóvonalon. „Egy imbolygó korong időszakosan blokkolhatja és visszaverheti a magnetár fényét, az egész rendszert egy villogó kozmikus világítótoronnyá változtatva” – írták a közleményükben a tanulmányt jegyző kutatók.

Albert Einstein általános relativitáselmélete sok mindent előre megjósolt. Fotó: Getty Images

 A tudósok négy olyan imbolygást észleltek a szupernóva fénygörbéjében, amelyek mindegyike rövidebb és kevésbé intenzív volt az előzőnél. Ez a fajta oszcilláció hasonló a madárhangok üteméhez, ami miatt a kutatók „csiripelésének” nevezték el ezt a fajta imbolygást, ami pont olyan, mint ami a Lense–Thirring-effektusból várható.

 

Bebizonyosodott, amit eddig csak sejtettek az asztrofizikusok

– Számos modellt teszteltünk, beleértve a tisztán newtoni hatásokat és a magnetár mágneses mezői által vezérelt precessziót is, de csak a Lense–Thirring-precesszió illett tökéletesen az időzítéshez – mondta Joseph Farah, a tanulmány vezető szerzője és a kaliforniai Las Cumbres Obszervatórium doktorjelöltje. – Ez az első alkalom, hogy az általános relativitáselméletre volt szükség egy szupernóva mechanikájának leírásához – hangsúlyozza a tanulmány vezető szerzője. Azok számára, akik először vetették fel ezt az elképzelést, az új eredmények a füstölgő bizonyítékok arra, hogy végig igazuk volt – írták a Kaliforniai Egyetem kutatói.

 Az SN 2024afavo szupernóva fénygörbéjének ingadozása, amit a robbanás során keletkezett magnetár okozott. Forrás:  UC Berkeley/ Live Science/Joseph Farah et al.

 – A magnetár ötlete sokáig tűnt teoretikus varázslatnak, olyan elképzelésnek, mintha egy egy erős hajtóművet rejtenénk el a szupernóva-törmelékrétegek mögött – mondta Dan Kasen, a UC Berkeley asztrofizikusa, aki az elsők között javasolta a Lense–Thirring-hipotézis alkalmazását, de nem vett részt a kutatásban. 

Az új eredmények még nem azt jelentik, hogy minden szuperfényes szupernóva magnetárokhoz kötődik, 

mivel más kutatók kimutatták, hogy ezeknek a kozmikus detonációknak az extrém fényerejét a felrobbanó csillagokat körülvevő gáz- és porrétegek is okozhatják. A kutatócsoport azonban most azt tervezi, hogy megvizsgálja, melyek lehetnek ezek közül a leggyakoribb okok a mindeddig rejtélyesen erős fényű szupernóvák tekintetében. 

Az SN 2024afavo magnetárt keletkeztető robbanásának művészi ábrája. Forrás: Las Cumbres Observatory/Joseph Farah and Curtis McCully

A kutatók arra számítanak, hogy a következő néhány évben több tucat hasonló „csiripelő” szupernóvát fognak felfedezni a nemrég üzembe helyezett chilei Vera C. Rubin Obszervatórium műszerparkjának segítségével, amelyek várhatóan alkalmasak lesznek ezen imbolygó jelek észlelésére.

A tanulmány teljes terjedelmében és angol nyelven itt olvasható el.