Neutroncsillagot fedeztek fel az Androméda-galaxisban

Legközelebbi csillagváros szomszédunk,az Androméda-galaxis 2,5 millió fényévre fekszik a Naptól

Galaxis szomszédunk, az Androméda, közelségének, valamint saját galaxisunkhoz, a Tejúthoz való nagyfokú hasonlóságának köszönhetően, régóta intenzív kutatások tárgya. Az Andromédában azonban csak most sikerült először egyértelműen egy gyorsan forgó neutroncsillagot azonosítani.

Kozmikus szomszédunk, az Androméda-galaxis

Az Androméda (vagy M31) spirális galaxis a Tejútrendszer legközelebbi csillagváros-szomszédja, és sokban hasonlít saját galaxisunkra. Ősszel, az éjszakai égbolton, kedvező légköri viszonyok esetén akár szabad szemmel is megpillanthatjuk.

Legközelebbi csillagváros szomszédunk,az Androméda-galaxis 2,5 millió fényévre fekszik a Naptól Forrás: Adam Evans/M 31

Az Androméda-galaxis kedvelt megfigyelési célpont, hiszen tanulmányozásával a saját galaxisunkra vonatkozó ismereteinket is bővíthetjük.

Az Androméda a Naptól közel 2,5 millió fényévre található,

tehát extragalaktikus távlatban valóban itt van a szomszédunkban.

Az M 31, vagy ismert nevén az Androméda-galaxis tiszta égbolton szabad szemmel is észrevehető. Az Androméda csillagkép térképe, az M 31 helyének feltüntetésével Forrás: Trosten Bronger/Wikimedia Commons

Annak ellenére, hogy már régóta tanulmányozzák, csak most sikerült egy különösen extrém kozmikus objektumot, egy gyorsan forgó neutroncsillagot azonosítani az Androméda-galaxisban.

A különleges neutroncsillagok

A nagyjából nyolc naptömeg feletti csillagok életük végén szupernóvává válnak. A gigantikus termonukleáris robbanás következtében levetik külső burkaikat, a csillag magja pedig a gravitációs kollapszus (összeomlás) miatt

egy extrém sűrű égitest, neutroncsillag formájában marad fenn.

(Az extra nagy tömegű csillagok esetében a szupernóva-robbanás után a mag sem marad vissza, hanem fekete lyuk keletkezik).

Az SBW 2007 szupernóva. Szupernóva-robbanás során a csillag ledobja külső burkait, a magja pedig szupersűrű neutroncsillaggá omlik össze Forrás: NASA/JPL

Ezekben a nagy tömegű csillagokban életük vége felé a fúziós energiatermelés egészen a vasig építi fel az elemeket. A vason túli reakciók azonban már jelentős energiafogyasztással járnak, mivel az egy nukleonra eső kötési energia a vasban a legnagyobb.

Fantáziarajz a hihetetlenül erős mágneses terű neutroncsillag, az úgynevezett magnetár kitöréséről Forrás: NASA

Az fúziós energia csökkenésével a csillag instabillá válik,

és nem képes tovább ellenállni a gravitációs összeomlásnak. A kollapszus nagyon gyors folyamat, ami alatt hatalmas mennyiségű nukleáris valamint gravitációs energia szabadul fel, és bekövetkezik a szupernóva-robbanás.

A szupernóva-robbanás során keletkező extrém hőmérsékleten és nyomáson épülnek fel a 26-os rendszámú vasnál nehezebb elemek Forrás: NASA

A robbanás után az összeomlott mag egy szétvetett, táguló anyagfelhő közepén neutroncsillag formájában marad fenn,

amely az eredeti csillag tömegének csupán a töredéke.

A neutroncsillag a mag eredeti impulzus- és mágneses momentumát viszi tovább, ezért nagy sebességgel forog - egy szemléletes példával élve, mint amikor a jégkorcsolyázó a tengelye körül pörögve behúzza kezeit, amitől felgyorsul a forgása.

Szupernóva-robbanás után visszamaradt, táguló anyagfelhő. A kozmikus felhő centrumában egy neutroncsillag található Forrás: X-ray: NASA/CXC/Rutgers/J.Hughes; Optical: NASA/STScI/Chandra X-Ray Observatory Center

Erre vezethető vissza, hogy

a neutroncsillag nagyon erős mágneses térrel rendelkezik,

valamint ugyancsak erős rádiósugárzást bocsát ki magából. Az erős rádiósugárzás „irányított”, mivel a töltött részecskék csak a mágneses pólusok mentén hagyhatják el a szupersűrű neutroncsillagot.

A Chandra űrteleszkóp által felfedezett neutroncsillag a szupernóva-robbanás által szétvetett anyagfelhőben található Forrás: X-ray: NASA/CXC/SAO; Infared: NASA/JPL-Caltech/Chandra X-Ray Observatory Center

Ha ez a rádiósugár-nyaláb periodikusan a Föld felé irányul, akkor beszélünk pulzárról (pulzáló rádióforrásról). Érdemes megemlíteni, hogy a mágneses pólus és a forgástengely általában nem esik egybe, hanem jelentős szöget zárnak be egymással, a neutroncsillag forgása miatt ezért a rádiósugár-nyaláb folyamatosan végigszalad a környező égbolton.

Neutroncsillagok kettős rendszerekben

Neutroncsillagok a kettős csillagrendszerekben is előfordulhatnak. A saját galaxisunkban meglehetősen gyakoriak a kettős rendszerek, azonban az Andromédában mostanáig még egyet sem sikerült találni.

Az Androméda-galaxis ultraviola fényben Forrás: NASA/JPL/California Institute of Technology

Azokban a kettős csillagrendszerekben, ahol az egyik csillag már a neutroncsillag állapotban van, a neutroncsillag folyamatosan anyagot szív el a kísérő társától. Az átáramló anyag egyrészt jelentős mozgási energiára tesz szert, másrészt belép a neutroncsillag erős mágneses mezejébe, ahol a mágneses mező által meghatározott módon mozog.

Egy neutroncsillag illusztrációja Forrás: Wikimedia Commons

A mágneses mező erősségétől függően, különböző mechanizmusok hatására röntgensugárzás keletkezik. Megfelelő körülmények között a röntgensugárzást is periodikusan észleljük a neutroncsillag gyors forgásának köszönhetően, vagyis röntgenpulzárt láthatunk.

Az Androméda első neutroncsillaga egy kettős rendszerben

Az Európai Űrügynökség kutatói alaposan átvizsgálták az XMM-Newton röntgen tartományban működő űrteleszkóp észlelései között található legerősebb röntgenforrásokat az Androméda-galaxisban, amelyek között ráleltek az első gyorsan forgó neutroncsillag-jelöltre, méghozzá egy kettős rendszerben.

Az Androméda-galaxis kettős rendszerében felfedezett neutroncsillag Forrás: Space.com

(Az objektum hivatalosan a 3XMM J004301.4+413017 megjelölést kapta).

A neutroncsillag 1,2 másodperc alatt tesz meg egy teljes fordulatot a saját tengelye körül,

miközben kísérő csillagával 1,3 földi nap alatt kerülik meg egymást. Egyelőre nyitott kérdés, hogy a kísérő csillag tömege mekkora lehet. A kutatók feltevése szerint lehetséges, hogy a Napunknál is kisebb tömegű kísérőről van szó, de az is elképzelhető, hogy a kísérő tömege központi csillagunk tömegének kétszerese.

(A szerző asztrofizikus, az MTA kutatója)