Egy kirobbanó étvágyú neutron csillag

A kanadai tudósok a nem mindennapi megfigyelést az Astrophysical Journal Letters című szaklap legutóbbi számában ismertették. Soha ezelőtt nem sikerült egy neutron csillag akkréciós korongját olyan részletekben menően megfigyelni, mint most.

Egy kis méretű, de roppant sűrű égitest

A neutron csillagok kicsi, de óriási tömegű égitestek: míg átmérőjük 10 kilométer körüli, tömegük 3-4 naptömeg is lehet. (Sűrűségük 10 17 – 10 19 gm/cm3.) Létrejöttéhez egy körülbelül 8-15 naptömegű csillag pusztulására, vagy szupernóvarobbanásra van szükség.

A nagytömegű csillag összeroskadása során a hatalmas nyomás hatására a csillag anyaga neutronokká alakul. De hogyan jut el a csillag a neutronokig?

Kezdetben csillagmagban szokványos hidrogén-hélium fúzió zajlik. Ha kifogy a hidrogén, a mag hőmérséklete megnő, a hélium begyullad, megkezdődik a szénné és oxigénné való átalakulás.

Az egyre kisebb energiát termelő fúziós reakciók során a csillag egyszercsak (több tízmilliós távlatokban gondolkodjunk!) eljut oda, hogy a tiszta szíliciumból álló magja vassá alakul. A vasmag fúziója már nem termeli, hanem igényli az energiát.

Ilyenkor a gravitációs vonzás legyőzi a fúziós reakciók egyensúlytartó nyomását, és a csillag pillanatok alatt összeomlik: egy másodpercnél rövidebb idő alatt Föld méretű magja 10-15 kilométerre zsugorodik, amelynek következtében az elektronok és protonok annyira összezsugorodnak, hogy elegyük neutronokká alakul.

Az impulzusmegmaradás törvénye értelmében az összeroskadó csillag forgási sebessége óriási, másodpercenként akár többszázszor is megfordul tengelye körül. A csillag körül nagy energiatartalmú magnetoszféra alakul ki. A gyors forgás során a neutroncsillag rádióhullám-nyalábokat bocsát ki („pulzál” – a pulzárok tehát neutroncsillagok), amelyek világítótoronyként pásztázzák körbe az eget, és amelyeket a Földről lüktető rádiójel-forrásként lehet megfigyelni.

Éhes csillag lassan bekebelezi szomszédját

Előfordul, hogy egy neutron csillagnak van kísérőcsillaga. A neutron csillag nagy gravitációja hatására (képzeljünk el a Föld gravitációjánál 300 ezerszer erősebb gravitációt!) anyagátadás – hidrogén és hélium – léphet fel a kísérő- és a neutron csillag között. Az átadott anyag, pontosabban gázspirál ún. akkréciós korongot, tulajdonképpen egy forgó, lapos anyagkorongot hoz létre a neutroncsillag körül.

A lassan csordogáló táplálék, gázanyag újra feltámaszthatja, mozgásba hozhatja a neutron csillagot. Ha elég nagy hőmérséklet és sűrűség alakul ki a korongban, újra beindulhat a fúzió – és periodikus kitörések tanúi lehetnek a csillagászok.

Óriási energiamennyiség szabadult fel

A kanadai kutatóknak most rendkívüli erősségű kitörést sikerült megfigyelniük: a neutron csillag szinte világítótoronyként ragyogta be környezetét és az akkréciós korongot, így a kutatók real-time követhették az esemény minden mozzanatát. A kitörést a NASA Rossi X-ray Timing Explorer röntgen szondája monitorozta.

Ez volt az első alkalom, hogy csillagászoknak sikerült közelről tanulmányozniuk egy akkréciós korongot, amely egyébként többféle objektum körül is áramlik a világegyetemben, így például feketelyukak, kvazárok, vagy születő csillagok körül is. Normál körülmények között az akkréciós korong még nagyon komoly teleszkópokkal is túl parányinak tűnik.

A kitörést a Földtől 25 ezer fényévre található 4U 1820-30-as nevű neutroncsillagon észlelték. A kitörés három órája során több energia szabadult fel, mint a Napunk esetében 100 év alatt. A kutatók részleteiben meg tudták figyelni az akkréciós korong horpadását, a kitörést, illetve ahogy a csillag lassan (körülbelül 1000 másodpercig tartott) visszanyerte eredeti formáját.