A természet sokszor bizonyítja, hogy a valóság izgalmasabb, mint a fikció: egy pulzár nagy energiájú részecskéket lőtt ki vékony, egyenes sugárban, amely fényévekre nyúlik az űrbe. A felfedezés magyarázatot adhat arra, hogy hogyan jut el az antianyag a Földre.

A 2,7 fényév széles területet ábrázoló felvétel egy pulzár „fézertüzét” mutatja, egy részecskenyaláb szakaszt, amely a kép jobb alsó sarka felé halad. A megfigyelések alapján a teljes nyaláb valójában 7 fényév hosszú. A pulzár, annak részecskeszele és maga a nyaláb is röntgentartományban sugároz (kék). A pulzár környezete és a lökéshullámfront látható tartományban gyűjtött adatai piros színnel szerepelnek a képen. A fehér keret a következő kép látómezejét mutatja. (Forrás: röntgen: NASA / CXC / Stanford Univ. / M. de Vries; optikai: NSF / AURA / Gemini Consortium)

Jobb, ha a fézertüzet meghagyjuk a Star Trek-filmeknek – a pulzárok sokkal erőteljesebb sugárnyalábokat bocsátanak ki.

A nagy tömegű csillagok szupernóvává válásakor hátramaradó összezúzott csillagmagok a természet saját részecskegyorsítói. Bár a pulzárok csupán akkorák, mint egy kisebb város, szédítő pörgésük és erős mágneses terük képes a fénysebesség jelentős részére gyorsítani a részecskéket. Ráadásul nagy energiájú sugárzást bocsájtanak ki, ami képes elektronpárokká és antianyag megfelelőikké, pozitronokká alakulni.

Ez az oka annak, hogy a Földön detektált antianyag elsődleges forrásai a pulzárok. A Nemzetközi Űrállomás fedélzetén működő AMS spektrométer például meglepő mennyiségű pozitront érzékelt. De ugyanezek a mágneses terek, amelyek a részecskék felgyorsításáért felelősek, be is zárják őket, így egyesek szerint az AMS műszer által érzékelt többlet nem pulzároktól, hanem a sötét anyagtól származhat.

Van azonban egy pulzár, amely talán lehetőséget ad arra, hogy a részecskék kiszabaduljanak belőle.  

A PSR J2030+4415 jelű, városméretű csillagmag tőlünk 1630 fényévre, a Hattyú csillagkép irányában helyezkedik el, és másodpercenként három fordulatot tesz meg. 2020-ban a Stanford Egyetem kutatói, Martijn de Vries és Roger Romani a Chandra röntgenobszervatóriummal figyelték meg a pulzárt. A pulzáron és a körülötte ragyogó részecskéken kívül a kutatók egy vékony, egyenes röntgennyalábot is találtak, amely a pulzárhoz kapcsolódik.

Közeli felvétel a röntgentartományban ragyogó pulzárról és a körülötte lévő nagy energiájú részecskékről (kék). A pulzár nemrég áttört a lökéshullámfronton, amely az ionizált hidrogénnek köszönhetően látható fényben egy félkörnek látszik (piros). (Forrás: röntgen: NASA / CXC / Stanford Univ. / M. de Vries; optikai: NSF / AURA / Gemini Consortium)

A sugárnyaláb úgy húzódik végig az első felvételen, mintha egy félrecsúszott zsírkrétavonal lenne. A kutatók további megfigyeléseket végeztek a Chandra obszervatóriummal, hogy meghatározzák a nyaláb hosszát, és azt találták, hogy 15 ívperces szögben húzódik végig az égbolton, vagyis 7 fényév hosszú.

„Elképesztő, hogy egy csupán 16 kilométeres pulzár képes egy olyan nagy struktúrát létrehozni, amelyet több ezer fényévről láthatunk.” – mondja de Vries. „Ugyanilyen relatív méretek esetén, ha a szál New York-tól Los Angelesig húzódna, akkor maga a pulzár százszor kisebb lenne, mint az emberi szem számára látható legkisebb tárgy.”

A felvételen a 7 fényév hosszú részecskesugár teljes hosszában látható. (Fehér keret jelöli az első kép látómezejét. (Forrás: röntgen: NASA / CXC / Stanford Univ. / M. de Vries)

A kutatók látható tartományban is készítettek felvételeket a hawaii Mauna Keán álló Gemini teleszkóppal. A képeken hidrogén-alfa sugárzás látható, ami a pulzár által ionizált hidrogénatomokból származik.

A pulzár körüli gáz és részecskék látható és röntgentartományban érzékelt emissziója a sugárnyaláb létrejöttéről ad információkat. A csillagmag az űrben száguldott, maga előtt egy lökéshullámmal (mint egy motorcsónak előtt haladó orrhullám), egészen 20–30 évvel ezelőttig, amikor talán egy sűrűbb közeg lelassította a lökéshullámfrontot.

„Maga a pulzár olyan, mint egy 1,5 naptömegű lövedék.” – magyarázza Romani. „Egyáltalán nem érezte a sűrűség növekedését. Elérte a lökéshullámfrontot és haladt tovább.”

Az áttörés rövid időre összehangolta a pulzár saját mágneses erővonalait a galaxis erővonalaival, lehetővé téve, hogy egy vékony részecskenyaláb kiszabaduljon a pulzár karmaiból. Mivel ez az áthatolás egy szempillantás alatt történt (a kutatók becslése szerint körülbelül 12 év alatt), a részecskék lényegében a galaxis egyik mágneses erővonalát világítják meg.

„A felfedezés egyik tágabb vonatkozása, hogy megtudjuk, miképpen szabadulnak meg az elektronok és a pozitronok a pulzárokból.” – mondja Kaya Mori (Columbia University) asztrofizikus, aki nem vett részt a kutatásban. „A Földön érzékelt pozitrontöbblet rejtélyes eredete összefüggésbe hozható a PSR J2030+4415 jelű pulzárral és más, még fel nem fedezett pulzárnyalábokkal.”

Az ilyen események segíthetnek magyarázatot adni arra, hogy miként szökik meg és terjed a galaxisban az antianyag. „Azt már látjuk, hogy a pulzártól induló nyalábok messzire terjednek.” – mondja Romani. „Persze a pulzárok jóval prózaibb magyarázatot adnak az AMS műszerrel érzékelt pozitronokra, mint a sötét anyag megsemmisülése.”

Ritkán figyelhetünk meg ilyen áthatolás-eseményt – ez csupán a negyedik pulzár, amelynek hosszú, keskeny anyagszála van –, de ennek az lehet az oka, hogy ezek az események nagyon rövid ideig tartanak. Több hasonló is előfordulhatott galaxisunk történetében.

Forrás: Sky&Telescope