Egy figyelemre méltó megfigyelési kampány során, amelyben 12 földi és űrteleszkóp vett részt – előbbiek közül három az Európai Déli Obszervatórium (ESO) távcsöve volt -, egy pulzár, egy nagyon gyorsan forgó halott csillag furcsa viselkedését fedezték fel. Ennél a titokzatos pulzárnál kétféle fényerő váltakozik rövid időközönként, egy kutatócsoport most azt találta, hogy a pulzárból nagyon hirtelen kilökődő anyag felelős ezért a sajátos viselkedésért.

„Rendkívüli kozmikus eseményeknek lehettünk szemtanúi. Egy kis, sűrű és hihetetlen nagy sebességgel forgó égitest nagyon rövid, több tized másodperces időintervallumon belül kozmikus ágyúgolyókhoz hasonló, hatalmas mennyiségű anyagot lövell ki az űrbe.” – mondta Maria Cristina Baglio, az Abu Dhabi New York-i Egyetem kutatója, az Olasz Nemzeti Asztrofizikai Intézet (INAF) tagja, és az Astronomy & Astrophysics című folyóiratban megjelent cikk vezető szerzője.

A pulzárok gyorsan forgó, mágneses, halott csillagok, amelyek elektromágneses sugárzást bocsátanak ki az űrbe. A forgásuk során ez a sugárnyaláb végigsöpör a kozmoszon, egy világítótorony környezetét pásztázó sugarához hasonlóan, amely amikor keresztezi a Föld látóvonalát, a csillagászok észlelik. Ez azt eredményezi, hogy a csillag fényessége a bolygónkról nézve változik.

A PSR J1023+0038 vagy röviden J1023, bizarr viselkedésével a pulzárok különleges típusába tartozik. Kb. 4500 fényévnyire található a Szextáns csillagképben, és egy másik csillag körül kering, ahhoz nagyon közel. Az elmúlt évtizedben a pulzár anyagot szívott el társától, amely anyag a pulzár körüli korongban halmozódott fel, és lassan zuhan a pulzár felé.

Művészi elképzelés arról, ahogy a PSR J1023+0038 pulzár társcsillagának anyagát elszippantja, amely aztán egy korongban halmozódik fel a pulzár körül, lassan zuhan befelé, és végül egy keskeny sugárban kilökődik.

Amióta ez az anyagfelhalmozódási folyamat elkezdődött, a sugárnyaláb gyakorlatilag eltűnt, és a pulzár elkezdett két üzemmód között folyamatosan váltakozni. A „magas” módban a pulzár fényes röntgensugarakat, ultraibolya és látható fényt bocsát ki, míg az „alacsony” módban ezeken a frekvenciákon halványabb és több rádióhullámot bocsát ki. A pulzár minden üzemmódban néhány másodpercig vagy percig marad, majd néhány másodpercen belül átvált a másik üzemmódba. Ez a váltás eddig zavarba ejtette a csillagászokat.

„Példátlan megfigyelőkampányunkban a pulzár viselkedésének megértésére egy tucat élvonalbeli földi és űrtávcső vett részt” – mondja Francesco Coti Zelati, a barcelonai Űrtudományi Intézet kutatója és a tanulmány társszerzője. A kampányban szerepelt a látható és közeli infravörös hullámhossztartományokban észlelő Nagyon Nagy Távcső (Very Large Telescope, VLT) és az ESO Új Technológiájú Távcső (New Technology Telescope, NTT), valamint az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), amelyben az ESO partner. 2021 júniusában két éjszakán végzett megfigyelések során a rendszer a magas és alacsony üzemmódok között több mint 280 váltást hajtott végre.

„Felfedeztük, hogy az üzemmódváltás a pulzárszél, azaz a pulzárról elfújó nagy energiájú részecskék áramlása és a pulzár felé áramló anyag közötti bonyolult kölcsönhatásból adódik” – mondja Coti Zelati, aki szintén az INAF munkatársa.

Alacsony üzemmódban a pulzár felé áramló anyag a korongra merőleges keskeny sugárban kilökődik. Ez az anyag fokozatosan egyre közelebb halmozódik fel a pulzárhoz, majd a pulzár felől fújó szél megcsapja, amitől az anyag felmelegszik. A rendszer ekkor magas üzemmódba kerül, fényesen világít a röntgen-, ultraibolya és látható fényben. Végül a forró anyag maradványát a sugárnyaláb kisugározza. Ha kevesebb forró anyag van a korongban, a rendszer halványabban világít, és visszakapcsol alacsony üzemmódba.

Animáció arról, ahogy a PSR J1023+0038 pulzár társcsillagának anyagát elszippantja, ami aztán egy korongban halmozódik fel a pulzár körül, lassan zuhan afelé, és végül egy keskeny sugárban kilökődik. Az apró pontokból álló felhő a pulzárszelet jelképezi. Ez a szél ütközik a beáramló gázzal, felmelegíti azt, amely röntgen-, ultraibolya és látható fényben fényesen világít. Amikor a forró gáz kilökődik az űrbe, a pulzár visszatér a halványabb üzemmódba.

Bár ez a felfedezés feltárta a J1023 furcsa viselkedésének rejtélyét, a csillagászok még sokat tanulhatnak ennek az egyedülálló rendszernek a vizsgálatából. Az ESO távcsövei továbbra is segíteni fogják a különleges pulzár megfigyelését. Különösen az ESO Chilében épülő Rendkívül Nagy Távcsöve (Extremely Large Telescope, ELT), amely példátlan képet fog nyújtani a J1023 kapcsolási mechanizmusairól. „Az ELT lehetővé teszi számunkra, hogy kulcsfontosságú betekintést nyerjünk abba, hogy hogyan befolyásolja az üzemmódváltás a pulzár körül beáramló anyag mennyiségét, eloszlását, dinamikáját és energiáját” – összegezte Sergio Campana, az INAF Brera Obszervatórium kutatási igazgatója.

Forrás: ESO