Remek lehetőség nyílt a gyors rádiókitörésekként ismert rejtélyes, időszakos rádiósugárzások megértésére, amikor épp galaxisunkban született meg egy ilyen forrás. Az SGR 1935+2154 jelű, nagyon erős mágneses térű neutroncsillag, vagyis magnetár 2020. április 28-án egy gyors rádiókitöréshez (FRB-hez) hasonló jelet bocsátott ki, és a csillagászok számára máris lehetőség nyílt egy FRB vizsgálatára saját szomszédságunkban.

A kutatók vártak a következő kitörésre, ami 2022 októberében be is következett, és ezúttal felkészültek voltak.

2020-ig szinte az összes ismert gyors rádiókitörés távoli galaxisokból származott. Ezek mindegyike egy másodperc törtrésze alatt nagyobb energiát bocsátott ki, mint a Nap egy év alatt. Néhányuk pedig meg is ismételte a mutatványt. Egy ideig legalább annyi elmélet volt az eredetükre, mint ahány gyors rádiókitörést ismertünk. Most, megfigyelve a galaxisunkból származó kitörést, a csillagászok már tudják, hogy ezek legalább egy részét magnetárok idézik elő – de vajon hogyan?

Művészi illusztráció egy magnetárról, ami anyagot lövell ki magából, és ez lassítja a forgását. A magnetár erős, kanyargó mágneses erővonalai (zölddel) befolyásolhatják a neutroncsillagból származó elektromosan töltött részecskék áramlását. (NASA / JPL-Caltech)

Chin-Ping Hu (National Changhua University of Education, Tajvan) és munkatársai kitörésriasztást kaptak a NASA INTEGRAL űrtávcsövétől, majd két másik űrtávcső, a NICER és a NuSTAR segítségével végeztek megfigyeléseket a magnetárról.

A kutatók a magnetár felszínének egy forró pontját követve figyelték meg a neutroncsillag forgását. A pont valószínűleg a csillag mágneses terének egyik pólusát jelöli. Ahogy a forró pont másodpercenként 3,2-szer megjelenik a látómezőben, úgy látszik pulzálni a neutroncsillag fénye. A NICER űrtávcsövet kifejezetten arra tervezték, hogy ilyen rövid időskálájú változásokat rögzítsen.

A NuSTAR pedig spektrumadatokat szolgáltatott, így a kutatók meghatározhatták, honnan jött a sugárzás. A forró pont röntgensugárzást bocsát ki, mert nagyon forró, és a neutroncsillag erőteljes mágneses terében található töltött részecskék szintén röntgentartományban sugároznak.

A csillagászok néhány óra elteltével drasztikus változásokat vettek észre a város méretű, csupán 20 kilométeres csillagon. A neutroncsillag először hirtelen gyorsabban kezdett forogni, aztán a forgás négy órán át folyamatosan lassult, ami egy erőteljes rádiókitöréshez vezetett (ezt a kanadai CHIME rádióteleszkóp detektálta). További négy órával később jött egy újabb hirtelen fázisugrás, a csillag újra gyorsabban forgott. A kutatók a „glitch”-nek nevezett jelenségről a február 14-i Nature-számban számoltak be.

A csillag spektruma azt mutatta, hogy a két fázisugrás alatt a röntgensugárzás nagy része a forró pontból származott. A rádiókitörésig eltelt időben és a kitörés alatt, valamint a két glitch közötti időben azonban a mágnesesen csapdába esett részecskék sugárzása nőtt meg.

A neutroncsillagok akkor produkálják a váratlan fázisugrást, amikor a felszínük nincs szinkronban a belsejükkel. „Nem tökéletes analógia, de olyan, mint egy forgó, gömb alakú akváriumban a víz. Képzeljük el, hogy a víz gyorsabban forog, mint maga az üvegtál. Később aztán az üveg utoléri a vizet – ez a forgási rendellenesség.”

A fázisugrás akkor következik be, amikor a neutroncsillag felszín alatti mozgásai nyomást gyakorolnak a kéregre, és az egy csillagrengés során megreped. Ez nagy valószínűséggel a forró pont közelében következik be.

Ha a neutroncsillag forgási periódusa csak a másodperc törtrészével is lerövidül, akkor a csillagrengés energiája hatalmas lehet. Egy 20 kilométeres égitest esetében, ami 3,2 másodperc alatt fordul meg a tengelye körül, a felszín 11 ezer kilométeres óránkénti sebességgel száguld körbe, így ennek a kis mértékű változása is jelentős energiát feltételez.

Az SGR 1935+2154 forgásával kapcsolatban nem is maga a hirtelen fázisugrás az érdekes, hanem az, hogy a forgás ezután olyan rövid idő alatt lelassult. A neutroncsillagok többsége hetek vagy hónapok alatt épül fel egy ilyen esemény után, ennek a magnetárnak azonban csak néhány óra kellett, hogy a forgási sebessége visszaálljon a korábbira.

Ezt megmagyarázhatja, ha a csillagrengéshez köthető fázisugrás során rövid ideig tartó csillagszél formájában elektromosan töltött részecskék is kilökődtek. Ez a csillagszél majdnem olyan gyorsan megfoszthatta a csillagot a gyorsabb forgástól, mint ahogy azt előidézte.

Ezután, mivel az összes részecske egy rendkívül erős mágneses térben található, amely sokkal erősebb, mint bármelyik a Földön, a körülmények éppen megfelelőek egy extrém eseményhez. A részecskék (vagyis az elektronok és antianyag-párjaik, a pozitronok) párban születnek a mágneses tér energiájából, aminek következtében – Hu szavaival élve – elindul a „lavina”.

„Egy elektron létrehoz egy párt, majd minden utód számos további párt alkot, és így tovább, több generáción keresztül, amíg az egy elektronunkra több ezer utód jut.” – mondja Hu. „Ezek az elektron–pozitron párok lesznek végül felelősek a hirtelen rádiókitörésért egy lézerszerű folyamatban.” – teszi hozzá.

„Ez a megfigyelés egy ritka gyors rádiókitörést kapcsol össze egy ritka, kettős fázisugrással, és egyértelműen utat mutat a gyors rádiókitörések további vizsgálatához.” – mondja a gyors rádiókitörések szakértője, Laura Spitler (Max Planck Rádiócsillagászati Intézet), aki nem vett részt a kutatásban. „Az még kérdés, hogy ez áll-e minden gyors rádiókitörésre, de a megfigyelések szempontjából fantasztikus haladást jelent.”

A 2020-as és 2022-es kitöréseken kívül több erőteljes rádiókitörést nem észleltek az SGR 1935+2154 felől, de gyengébb aktivitás gyakran előfordul a csillagon. A kutatók azt tervezik, hogy folytatják a magnetár megfigyelését, hátha észlelnek további kitöréseket, amik új adatokkal szolgálhatnak a csillagszél – párkeltés forgatókönyvhöz.

Forrás: Sky & Telescope