Egy nemzetközi kutatócsoport a Namíbiában található HESS obszervatórium segítségével a valaha észlelt legnagyobb energiájú gammasugárzást fogta egy halott csillagból, vagyis pulzárból. A detektált sugárzás energiája 20 teraelektronvolt (TeV), vagyis nagyjából tízbilliószor nagyobb energiájú, mint a látható fény. A felfedezés nehezen egyeztethető össze a pulzáló gammasugárzás létrejöttével kapcsolatos elmélettel, ahogy arról a kutatók a Nature Astronomy című folyóiratban be is számoltak.

A pulzárok szupernóvaként felrobbant csillagok maradványai. A robbanások következtében olyan apró, halott csillagok jönnek létre, amelyek átmérője csupán 20 kilométer. Rendkívül gyorsan forognak, és nagyon erős mágneses tér veszi körül őket. „Ezek a halott csillagok szinte teljes egészében neutronokból állnak, és nagyon nagy a sűrűségük: ha egy teáskanálnyit vennénk belőlük, annak több mint 5 milliárd tonna lenne a tömege, vagyis 900-szor nagyobb, mint a gízai nagy piramisé.” – magyarázza Emma de Oña Wilhelmi (DESY), a tanulmány társszerzője.

A forgó pulzárok elektromágneses sugárzását periodikusan érzékeljük, akár egy kozmikus világítótorony fénynyalábját. A felvillanásokat az elektromágneses spektrum különböző energiasávjaiban kereshetjük. A kutatók szerint a sugárzás forrásai azok a gyors elektronok, amelyek a pulzár magnetoszférájában jönnek létre és gyorsulnak fel, mialatt annak széle felé száguldanak. A magnetoszférát plazma és elektromágneses tér alkotja, amely körbeveszi a csillagot és együtt forog vele. „Kifelé tartó útjuk során az elektronok energiához jutnak, és sugárzás formájában bocsátják azt ki, amit mi észlelni tudunk.” – mondja Bronek Rudak (CAMK PAN), a szakcikk másik társszerzője.

A kutatók úgy gondolják, hogy a pulzár pólusaiból induló infravörös fotonokból a gyors elektronok hoznak létre nagy energiájú gamma-sugárzást. (Science Communication Lab for DESY)

A déli Vela (Vitorla) csillagképben látszó Vela pulzár a legfényesebb az elektromágneses spektrum rádió tartományában, és egyben a legerősebb állandó forrása a kozmikus gamma-sugárzásnak a gigaelektronvoltos (GeV) tartományban. Nagyjából 11 fordulatot tesz meg másodpercenként. Néhány GeV fölött azonban a sugárzási spektruma hirtelen véget ér, amit valószínűleg az okoz, hogy az elektronok elérik a pulzár magnetoszférájának szélét, és megszöknek.

A történet azonban itt még nem ér véget: a HESS obszervatórium adatainak hála a kutatók egy még nagyobb energiájú sugárzási komponensre lettek figyelmesek: ez akár több tíz teraelektronvoltos (TeV) is lehet. „Ez nagyjából 200-szor nagyobb energia, mint amit valaha ebből az égitestből detektáltunk.” – mondja a tanulmány társszerzője, Christo Venter (North-West University). Ez a nagy energiájú komponens ugyanolyan intervallumokban észlelhető, mint a GeV erősségű sugárzás, amit korábban megfigyeltek. Ahhoz azonban, hogy az elektronok ezt az energiát elérjék, még a magnetoszféránál is messzebb kell jutniuk úgy, hogy közben a forgási emissziós mintázat ne változzon.

„Ez a felfedezés megkérdőjelezi a pulzárokról alkotott korábbi tudásunkat. Át kell gondoljuk, amit a természetes gyorsítóként történő működésükről tudunk.” – mondja a kutatás vezetője, Arache Djannati-Atai (APC). „A hagyományos elmélet arról, hogy mely részecskék gyorsulnak fel a mágneses erővonalak mentén vagy a magnetoszféra szélén, nem ad kielégítő magyarázatot arra, amit tapasztalunk. Talán annak vagyunk szemtanúi, ahogy az úgynevezett mágneses átkötődés révén gyorsulnak fel a részecskék a fényhengeren túl, és valahogy megmarad a forgási mintázat. De még ez az elmélet sem magyarázza azt az elképesztő sugárzást, ami létrejön.”

Bármi is legyen a magyarázat, a Vela pulzár tartja a legnagyobb energiájú gammasugárzást kibocsátó ismert pulzár rekordját. „Ez a felfedezés új lehetőségeket tár fel arra, hogy a jelenlegi és a közeljövőben munkába álló, sokkal érzékenyebb gammateleszkópokkal érzékeljünk más pulzárokat is a több tíz teraelektronvoltos tartományban, így előkészíti számunkra az utat az erős mágneses térrel rendelkező asztrofizikai objektumokban végbemenő extrém gyorsítási folyamatok felé.” – mondja Djannati-Atai.

Forrás: Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY