Illusztráció egy fekete özvegy pulzárról és csillagkísérőjéről. A pulzár gammasugárzása (lila) erősen felhevíti a csillag vele szemben lévő oldalát (narancssárga). A pulzár fokozatosan elpárologtatja társát. (Forrás: NASA’s Goddard Space Flight Center/Cruz deWilde)

Egy közeli csillag felfényesedése egy 3000 fényévre lévő új, rejtélyes rendszerre hívta fel az MIT csillagászainak figyelmét. Úgy tűnik, hogy a rendszer ritka objektum, egy „fekete özvegy pulzár” lehet: gyorsan forgó neutroncsillag, vagyis pulzár, amely lassan felemészti nála kisebb kísérőcsillagát – épp úgy, ahogy a hírhedt pók teszi társával.

A csillagászok nagyjából két tucat „fekete özvegy” kettőst ismernek a Tejútrendszerben. A legújabb jelölt a ZTF J1406+1222, amely az összes közül a legrövidebb keringési idővel rendelkezik: a pulzár és társcsillaga 62 percenként kerüli meg egymást. A rendszer egyedülálló abban is, hogy valószínűleg egy harmadik, távoli csillag is található benne, amely 10 ezer év alatt kerüli meg a kettőst.

Ez a valószínűleg hármas fekete özvegy felveti kérdést, hogy miképpen alakulhat ki egy ilyen csillagrendszer. A megfigyelések alapján az MIT kutatócsoportja a következő elméletet dolgozta ki: a legtöbb fekete özvegy kettőshöz hasonlóan valószínűleg a hármas rendszer is idős csillagok sűrű csoportjából, úgynevezett gömbhalmazból alakulhatott ki. A most felfedezett rendszer besodródhatott a Tejútrendszer központjába, ahol a központi fekete lyuk gravitációja elég nagy ahhoz, hogy szétszakítsa a halmazt, miközben maga a hármas rendszer érintetlenül maradt.

„Ez egy elég bonyolult keletkezési elmélet.” – mondja Kevin Burdge (MIT), a felfedezést ismertető szakcikk vezető szerzője. „Ez a rendszer valószínűleg régebben úszkál a Tejúton, mint a Nap.” A kutatók új megközelítést alkalmaztak a hármas rendszer észlelésére. Annak ellenére, hogy a legtöbb fekete özvegy kettőscsillagot a központi pulzár gamma- és röntgensugárzása alapján találják meg, a csillagászok itt a látható tartományban kutattak, főként a kettős rendszer kísérőcsillagának felfényesedései után. Így találták meg a ZTF J1406+1222 jelzésű objektumot.

„Ez a rendszer valóban egyedülálló a fekete özvegyek között, mert látható tartományban találtuk meg, de a távolabbi társcsillag miatt is, ami a galaxis központjából jött.” – mondja Burdge. „Még mindig sok mindent nem értünk. De van egy új módszerünk arra, hogy ezeket a rendszereket megtaláljuk.”

A fekete özvegy kettősök energiáját pulzárok adják – gyorsan forgó neutroncsillagok, amelyek nagy tömegű csillagok összeomlott magjai. A pulzárok szédítően gyorsan forognak, néhány ezredmásodpercenként tesznek meg egy fordulatot, miközben nagy energiájú gamma- és röntgensugárzást bocsátanak ki.

Előbb-utóbb a pulzárok forgása lelassul, és amikor kifogynak az energiából, meg is halnak. De időnként előfordul, hogy egy mellette elhaladó csillag új életet ad egy pulzárnak. Ha megközelíti egy csillag, a pulzár gravitációja anyagot szív el a tőle, ami energiát biztosít ahhoz, hogy újra gyorsabban forogjon. Az új életet nyert pulzár ekkor sugárzást bocsát ki, ami tovább pusztítja, végül meg is öli a csillagot.

„Ezeket a rendszereket azért hívják fekete özvegynek, mert a pulzár megeszi azt, ami újra életet adott neki, mint ahogy a pók megeszi a társát.” – mondja Burdge. Eddig minden fekete özvegy kettőst a pulzár gamma- és röntgenvillanásai alapján észleltek. Burdge és csapata a ZTF J1406+1222 jelű rendszert a társcsillag optikai tartományban észlelt felfényesedései alapján fedezte fel.

Kiderült, hogy a társcsillag nappali oldala, vagyis az a fele, ami folyamatosan a pulzár felé néz, a pulzár állandó nagy energiájú sugárzása miatt sokkal forróbb lehet, mint az éjszakai oldal. „Arra gondoltam, hogy ahelyett, hogy közvetlenül egy pulzárt keresnék, megpróbálom megkeresni a csillagot, amit a pulzár sütöget.” – mondja Burdge. A kutató ezt azzal magyarázza, hogy ha a csillagászok megfigyelnek egy csillagot, amelynek időszakonként hatalmas mértékben változik a fényessége, az arra utalhat, hogy a csillag egy pulzárral alkot kettőst.

A kutatók a kaliforniai Zwicky égboltfelmérő program optikai adatainak segítségével ellenőrizték az elméletet. A csillagok fényességét tanulmányozták, hogy lássák, nem változik-e drámaian, legalább tízszeresére nagyjából egy óra alatt – ez a pulzár körül kis távolságban keringő kísérőcsillag jelenlétére utalna.

Ily módon sikerült megtalálniuk a tucatnyi már ismert fekete özvegy kettőst, amivel igazolták az új módszer megbízhatóságát. Ezután találták azt a csillagot, amelynek fényessége 13-szorosára nő 62 percenként, jelezve, hogy egy új fekete özvegy kettős tagja lehet, amelynek a ZTF J1406+1222 jelzést adták.

Megkeresték a csillagot az Európai Űrügynökség Gaia-űrtávcsövének adataiban, ami pontos méréseket végez a csillagok mozgásáról. A Sloan Digitális Égboltfelmérés Program több évtizednyi adataiból pedig kiderült, hogy a kettős rendszer körül egy másik, távolabbi csillag kering. A számítások alapján a harmadik csillag 10 ezer év alatt kerüli meg a kettőscsillagot.

Érdekes módon a csillagászok nem észleltek közvetlen gamma- vagy röntgensugárzást a kettős irányából, ami a fekete özvegyek felfedezésének általános módja. A ZTF J1406+1222 jelű objektumot ezért egyelőre nem fekete özvegyként, csak jelöltként kezelik, és remélik, hogy későbbi megfigyelésekkel sikerül igazolni a feltételezést.

„Az egyetlen, amit pontosan tudunk, hogy van egy csillagunk, amelynek a nappali oldala sokkal forróbb, mint az éjszakai, és 62 perc alatt kerül meg valamit.” – mondja Burdge. „Látszólag minden arra utal, hogy egy fekete özvegy kettőssel van dolgunk. De van itt néhány érdekesség, így az is lehet, hogy valami teljesen újat találtunk.”

A kutatók folytatják a rendszer megfigyelését, és igyekeznek látható tartományban még több neutroncsillagot és fekete özvegyet találni az égbolton.

Az eredményeket közlő szakcikk a Nature című folyóiratban jelent meg.

Forrás: MIT