A NASA NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) röntgenobszervatóriumának méréseit korábban csak zavaró fényben végezték. A NuSTAR már közel tíz éve tanulmányozza az univerzum legnagyobb energiájú objektumait, mint ütköző neutroncsillagok vagy hatalmas fekete lyukak. Ez idő alatt mindig meg kellett küzdeni a teleszkóp oldalain keresztül beszűrődő fénnyel, ami úgy zavarja a csillagászati méréseket, ahogyan a háttérzaj nyomja el a telefonbeszélgetésünket.

A NuSTAR kutatói viszont kitalálták, hogyan lehet a szórt röntgenfényt arra felhasználni, hogy az obszervatórium perifériás látómezejében levő objektumokat vizsgáljuk. A kozmikus objektumok ilyen, új módon való kutatásának részleteit az Astrophysical Journal tudományos folyóiratban publikálták, ezúttal egy neutroncsillag megfigyeléséről. Az összeomló csillagok maradékai, a neutroncsillagok, a fekete lyukak után az univerzum második legsűrűbb objektumai. Erőteljes mágneses terük csapdázza a gázrészecskéket és a neutroncsillag felszíne felé irányítja őket. Ahogyan a részecskék felgyorsulnak és gerjesztődnek, nagy energiájú röntgensugárzást bocsátanak ki, amit a NuSTAR érzékelni tud.

Az új tanulmányban az SMC X-1 jelű rendszert vizsgálták, ami a Tejútrendszerünk egyik kísérőgalaxisának (Kis Magellán-felhő) egy csillagából, és a körülötte keringő neutroncsillagból áll. Az SMC X-1 röntgensugárzása vadul változik, ha teleszkóppal figyeljük, de a NuSTAR és más távcsövekkel végzett több évtizednyi mérések alapján felismerhető a fluktuáció mintázata. Több különböző oka is van annak, hogy miért változik az SMC X-1 fényessége röntgen obszervatóriummal megfigyelve, például a röntgensugárzás elhalványul, ahogyan a neutroncsillag a társcsillag takarásába kerül. Az új tanulmány eredményei szerint az oldalról beszűrődő, kóbor fényből gyűjtött adatok ahhoz is elég érzékenyek, hogy ezeknek a jól ismert változásoknak egy részét ki lehet belőlük mutatni. Ez alapján a kóbor fény is hatékony lehet kutatási célokra.

A NASA NuSTAR röntgenobszervatóriumának illusztrációja. A két testesebb végkomponenst egy 10 méter hosszú struktúra választja el, a kinyitható antennatorony. A fényt az antenna egyik végén gyűjtik be és az antenna hosszán keresztül fókuszálódik, mielőtt elér a másik végen található detektorokhoz. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

Az új megközelítés a NuSTAR formája miatt lehetséges, ami leginkább egy súlyzóhoz, vagy kutyacsonthoz hasonlít. Két testesebb végkomponensét egy 10 méter hosszú struktúra köti össze, a kinyitható antennatorony. Tipikusan az egyik végét (amiben az optika, illetve a hardver található, ami összegyűjti a röntgensugarakat) az objektum felé irányítják, amit vizsgálni szeretnének. A fény végighalad az antennán a másik végen található detektorokhoz. A kettő közötti távolságra az összegyűjtött fény fókuszálása miatt van szükség.

Oldalról is szűrődik be viszont kóbor fény az antennára, az optikát kikerülve. Ez a NuSTAR látómezejében is megjelenik a megfigyelt objektum saját fénye mellett; sokszor halványan még szabad szemmel is megfigyelhető: egy halovány fénygyűrűt alkot a kép szélein (nem meglepő módon a beszűrődő fény sok más földi és űrben keringő teleszkópnál is problémákat okoz).

Szórt fény az XMM-Newton EPIC GRS1758-258 jelű fekete lyuk jelöltről készített felvételén. A kép felső részén látható éles fényíveket valószínűleg a látómezőn kívül eső, GX 5-1 jelű forrásból beszűrődő kóbor fotonok okozták. (Forrás: ESA / XMM-Newton Science Operations Centre)

A NuSTAR kutatóinak egy csoportja az elmúlt néhány évben azzal foglalkozott, hogy különböző megfigyelések során elkülönítsék a célobjektum fényét a beszűrődő fénytől. Miután sikerült minden mérésben a periférián lévő, ismert, fényes röntgenforrást beazonosítani, számítógépes modellekkel becsülték meg, hogy a látómezőhöz közeli objektum fényessége alapján mennyi szórt fény szűrődik be a képbe. Emellett szinte minden korábbi NuSTAR mérésen megkeresték a beszűrődő fény jeleit. A vizsgálataikból egy kb. 80 objektumot tartalmazó katalógust állítottak össze, amikről ilyen kóbor fényből készítettek mérési adatokat: a gyűjteménynek a StrayCats, avagy kóbor macskák nevet adták.

Brian Grefenstette, a kutatás vezetőjének elmondása szerint úgy képzeljük ezt el, mintha a moziban filmet nézve átszűrődne hozzánk a szomszéd teremben vetített film hangja is. Eddig a szórt fény nem is volt egyéb, mint egy zavar, ami eltereli a figyelmünket a célpontról. Most viszont már megvannak az eszközeink ahhoz, hogy az extra zajt hasznos adatokká alakítsuk, így teljesen új módon vizsgálhatjuk az univerzumot a NuSTAR segítségével.

Természetesen a beszűrődő fényből végzett mérések nem helyettesítik a közvetlen megfigyeléseket, hiszen amellett, hogy nem fókuszáltak, sok objektum túl halvány hozzá, hogy ilyen módon bekerüljön a katalógusba. Többen is átvizsgálták viszont az adatokat és találtak olyan eseteket, amikor a látómezőn kívül eső objektumok hirtelen felfényesedtek; ezt sokféle drámai esemény okozhatja, mint például termonukleáris robbanások a neutroncsillagok felszínén. Egy neutroncsillag fényességváltozásainak gyakoriságából és intenzitásából lehet következtetni arra, hogy mi történik velük éppen.

Ha egy röntgenforrás hosszú távú viselkedésében, vagy fényességében keresünk mintázatokat, akkor a szórt fénnyel végzett mérések roppant hasznosak lehetnek. Gyakrabban tudjuk ellenőrizni az objektumot, illetve egy alapfényességet is fel tudunk venni. A beszűrődő fénnyel elcsíphetjük ezeknek az objektumoknak a furcsa viselkedéseit akkor is, amikor nem számítunk rá vagy éppen nem figyeljük meg őket közvetlenül. Az ilyen kutatások nem helyettesítik a direkt megfigyelést, de minél több adatunk van, annál jobb.

Forrás: NASA JPL