2014.05.20. - Meg­ol­dó­dik a mag­ne­tá­rok ke­let­ke­zé­sé­nek rej­té­lye?

Az ESO VLT táv­cső­együt­te­sé­vel vég­zett meg­fi­gye­lé­sek alap­ján eu­ró­pai csil­la­gá­szok úgy vé­lik, si­ke­rült meg­ol­da­ni­uk a Vi­lág­egye­tem leg­erő­sebb is­mert mág­ne­sei, az ún. mag­ne­tá­rok ke­let­ke­zé­sé­nek több év­ti­ze­des prob­lé­má­ját.

A mag­ne­tá­rok szu­per­nó­va-rob­ba­ná­sok na­gyon kü­lön­le­ges, szu­per­sű­rű ma­rad­vá­nyai, az Uni­ver­zum­ban a leg­erő­sebb mág­ne­ses me­ző­vel ren­del­ke­ző ob­jek­tu­mok, tér­erős­sé­gük sok mil­li­ó­szo­ro­san ha­lad­ja meg a leg­erő­sebb föl­di mág­ne­se­két. Eu­ró­pai csil­la­gá­szok egy cso­port­ja az ESO VLT táv­cső­együt­te­sé­nek FLA­MES (Fib­re Lar­ge Ar­ray Mul­ti Ele­ment Spectro­gra­ph) mű­sze­ré­vel vég­zett ész­le­lé­sek alap­ján most úgy gon­dol­ja, hogy - a mag­ne­tá­rok tör­té­ne­té­ben elő­ször - si­ke­rült azo­no­sí­ta­nia egy ilyen ob­jek­tum part­ner­csil­la­gát. A fel­fe­de­zés se­gít­het meg­ol­da­ni a mag­ne­tá­rok ke­let­ke­zé­sé­nek 35 év­re vissza­te­kin­tő prob­lé­má­ját és azt a kér­dést is, hogy ezek a kü­lön­le­ges csil­la­gok mi­ért nem ros­kad­nak össze fe­ke­te lyuk­ká, aho­gyan azt vár­hat­nánk.

Ha egy nagy tö­me­gű csil­lag mag­ja szu­per­nó­va-rob­ba­nás so­rán sa­ját sú­lya alatt össze­om­lik, vagy ne­ut­ron­csil­lag vagy fe­ke­te lyuk ke­let­ke­zik be­lő­le. A mag­ne­tá­rok az előb­bi­ek szo­kat­lan és na­gyon eg­zo­ti­kus vál­to­za­tai. A töb­bi ne­ut­ron­csil­lag­hoz ha­son­ló­an ki­csik és óri­á­si sű­rű­sé­gű­ek - a jól is­mert pél­da sze­rint anya­guk­ból egy te­ás­ka­nál­nyi tö­me­ge 1 mil­li­árd ton­na kö­rü­li -, a mág­ne­ses te­rük azon­ban még eb­ben a me­zőny­ben is ki­emel­ke­dő­en erős. A kö­pe­nyük­ben fel­hal­mo­zó­dott fe­szült­ség mi­att időn­ként csil­lag­ren­gé­se­ket pro­du­kál­nak, ame­lyek so­rán fel­szí­nü­ket je­len­tős in­ten­zi­tá­sú és mennyi­sé­gű gam­ma-su­gár­zás hagy­ja el.

Az Ara csil­lag­kép­ben fi­gyel­he­tő meg a tő­lünk 16 ezer fény­év tá­vol­ság­ban el­he­lyez­ke­dő Wes­terlund 1 csil­lag­hal­maz, me­lyet 1961-ben fe­de­zett fel Auszt­rá­li­á­ból Bengt Wes­terlund svéd csil­la­gász, aki 1970 és 1974 kö­zött az ESO chi­lei igaz­ga­tó­ja volt. A hal­maz ha­tal­mas in­ter­sztel­lá­ris por- és gáz­fel­hők mö­gött bú­jik meg, me­lyek csil­la­ga­i­nak op­ti­kai tar­to­mány­be­li su­gár­zá­sát szin­te tel­je­sen blok­kol­ják, emi­att pe­dig a kü­lön­le­ges csil­lag­hal­maz va­ló­di ter­mé­sze­te is so­ká­ig rejt­ve ma­radt előt­tünk. A Wes­terlund 1 egye­dül­ál­ló ter­mé­sze­tes la­bo­ra­tó­ri­u­ma az ext­rém csil­lag­fi­zi­kai ku­ta­tá­sok­nak, azon prob­lé­ma vizs­gá­la­tá­nak, hogy mi­ként ke­let­kez­nek és pusz­tul­nak el a Tej­út­rend­szer nagy tö­me­gű csil­la­gai. A meg­fi­gye­lé­si ered­mé­nyek sze­rint a hal­maz­ban egy 6 fény­év át­mé­rő­jű te­rü­le­ten be­lül leg­alább 100 ezer nap­tö­meg­nyi anyag össz­pon­to­sul csil­la­gok for­má­já­ban, ez­zel a Wes­terlund 1 a Tej­út­rend­szer leg­na­gyobb tö­me­gű kom­pakt, fi­a­tal csil­lag­hal­ma­za. Min­den ed­dig ta­nul­má­nyo­zott ob­jek­tu­ma leg­alább 30-40 nap­tö­me­gű. Mi­vel az ilyen óri­á­si csil­la­gok élet­út­ja - csil­la­gá­sza­ti ér­te­lem­ben - na­gyon rö­vid, a Wes­terlund 1-nek na­gyon fi­a­tal­nak kell len­nie, a becs­lé­sek sze­rint ko­ra 3,5 és 5 mil­lió év kö­zöt­ti.

Fan­tá­zia­rajz a na­gyon fi­a­tal és sű­rű Wes­terlund 1 je­lű csil­lag­hal­maz­ban ta­lál­ha­tó mag­ne­tár­ról. A fi­gye­lem­re mél­tó hal­maz több száz na­gyon nagy tö­me­gű csil­la­got tar­tal­maz, ame­lyek kö­zül né­me­lyik lu­mi­no­zi­tá­sa a Na­pé­nak mil­li­ó­szo­ro­sa. Az új ered­mény sze­rint a rend­kí­vül erős mág­ne­ses tér­rel ren­del­ke­ző ne­ut­ron­csil­lag egy ket­tős rend­szer egyik kom­po­nen­sé­nek ma­rad­vá­nya.
[ESO/L. Calçada]

A Wes­terlund 1 hal­maz­ban ta­lál­ha­tó a két tu­cat­nyi is­mert mag­ne­tár­ból az egyik, a CXOU J164710.2-455216 ka­ta­ló­gus­je­lű, amely sok fej­tö­rést oko­zott a csil­la­gá­szok­nak. A ku­ta­tó­cso­port ve­ze­tő­je, Si­mon Clark (The Open Uni­ver­sity, UK) el­mon­dá­sa sze­rint egy ko­ráb­bi vizs­gá­la­tuk­ban ki­mu­tat­ták, hogy a Wes­terlund 1 mag­ne­tár­ja egy kö­rül­be­lül 40 nap­tö­meg­nyi csil­lag szu­per­nó­va-rob­ba­ná­sá­nak ma­rad­vá­nya. Ez azon­ban egy to­váb­bi prob­lé­mát in­du­kált, még­pe­dig azt, hogy egy ek­ko­ra tö­me­gű csil­lag mag­já­nak nem lett vol­na sza­bad meg­áll­nia a ne­ut­ron­csil­lag ál­la­pot­ban, ha­nem fe­ke­te lyuk­ká kel­lett vol­na össze­ros­kad­nia. Sen­ki sem ér­tet­te, ho­gyan vál­ha­tott még­is mag­ne­tár­rá.

Most azon­ban kör­vo­na­la­zód­ni lát­szik a meg­ol­dás. Clark és kol­lé­gá­i­nak el­kép­ze­lé­se sze­rint két na­gyon nagy tö­me­gű csil­lag köl­csön­ha­tá­sa so­rán ke­let­ke­zett, me­lyek egy ket­tős rend­szer tag­jai vol­tak, és olyan kö­zel ke­ring­tek egy­más­hoz, hogy pá­lyá­ik be­le­fér­tek vol­na a Föld Nap kö­rü­li pá­lyá­já­ba. Ezi­dá­ig azon­ban nem ta­lál­ták a kí­sé­rő nyo­mát a mag­ne­tár csil­lag­hal­maz­be­li po­zí­ci­ó­já­nak kör­nye­ze­té­ben, így a csil­la­gá­szok a VLT-vel a hal­maz töb­bi ré­szét is át­fé­sül­ték. Olyan ún. szö­ke­vény - a hal­mazt nagy se­bes­ség­gel el­ha­gyó - csil­la­gok után ku­tat­tak, ame­lye­ket a mag­ne­tárt lét­re­ho­zó szu­per­nó­va-rob­ba­nás dob­ha­tott ki a ko­ráb­bi pá­lyá­juk­ról. A ros­tán egy ob­jek­tum, a Cl* Wes­terlund 1 W 5 (rö­vi­den Wes­terlund 1-5) je­lű csil­lag akadt fenn. A cso­port egyik tag­ja, Ben Rit­chie (Open Uni­ver­sity) sze­rint azon­ban nem csak a nagy se­bes­sé­ge utal ar­ra, hogy a egy szu­per­nó­va-rob­ba­nás re­pí­tet­te ki, de kis tö­me­ge, nagy lu­mi­no­zi­tá­sa és szén­ben gaz­dag össze­té­te­le alap­ján is le­he­tet­len­nek tű­nik, hogy egye­di csil­lag­ként él­te vol­na éle­tét. Amint ugyan­is egy csil­lag ko­ro­so­dik, a ben­ne zaj­ló ter­mo­nuk­le­á­ris re­ak­ci­ók las­san mó­do­sít­ják a ké­mi­ai össze­té­te­lét: a re­ak­ci­ók ki­in­du­ló anya­gai fogy­nak, a vég­ter­mé­kek pe­dig hal­mo­zód­nak. Kez­det­ben a csil­lag hid­ro­gén­ben és nit­ro­gén­ben gaz­dag, és csak na­gyon ke­vés szén van ben­ne, ez utób­bi mennyi­sé­gé­nek a nö­ve­ke­dé­se csak a csil­lag éle­té­nek vég­ső fá­zi­sa­i­ban gyor­sul fel, ami­kor a hid­ro­gén je­len­tős ré­sze már el­fo­gyott és nit­ro­gén­ből is ke­vés van. Le­he­tet­len­nek tű­nik, hogy egye­dül­ál­ló csil­lag anya­ga egy­szer­re tar­tal­maz­zon sok hid­ro­gént, nit­ro­gént és sze­net is, mi­ként ez a Wes­terlund 1-5 ese­té­ben van.

A Wes­terlund 1 csil­lag­hal­maz a La Sil­la csú­cson mű­kö­dő MPG/ESO 2,2 mé­te­res te­lesz­kóp WFI (Wi­de Field Ima­ger) mű­sze­ré­vel ké­szült fel­vé­te­len. Bár a hal­maz csil­la­ga­i­nak nagy ré­sze for­ró, kék szu­per­óri­ás, a fel­vé­te­len vö­rös szín­ben ra­gyog­nak a kö­zöt­tünk el­he­lyez­ke­dő in­ter­sztel­lá­ris por és gáz ha­tá­sa mi­att. Az új ered­mény sze­rint a mag­ne­tár egy ket­tős rend­szer egyik tag­já­nak szu­per­nó­va-rob­ba­nás utá­ni ma­rad­vá­nya. A ka­tak­liz­ma ál­tal ki­do­bott má­sik kom­po­nens (Wd1-5) óri­á­si se­bes­ség­gel mo­zog­va már a hal­maz má­sik ré­szé­ben, szü­lő­he­lyé­től tá­vol jár.
[ESO]

A ket­tős­ség fel­té­te­le­zé­se le­he­tő­vé te­szi a fe­ke­te lyuk he­lyett mag­ne­tár ki­ala­ku­lá­sá­hoz ve­ze­tő fo­lya­mat re­konst­ru­á­lá­sát is. En­nek el­ső sza­ka­szá­ban a pá­ros na­gyobb tö­me­gű tag­ja kezd ki­fogy­ni a nuk­le­á­ris üzem­anya­gá­ból, mi­köz­ben kül­ső ré­te­ge­i­nek anya­gát el­szip­pant­ja a kí­sé­rő - amely­ből ké­sőbb majd a mag­ne­tár lesz -, emi­att az egy­re gyor­sab­ban kezd fo­rog­ni. A na­gyon gyors for­gás­nak pe­dig alap­ve­tő sze­re­pe le­het a mag­ne­tár ult­ra­erős mág­ne­ses te­ré­nek ki­ala­ku­lá­sá­ban. A má­so­dik sza­kasz­ban az anyag­át­adás kö­vet­kez­té­ben a kí­sé­rő ma­ga is olyan nagy tö­me­gű­vé vá­lik, hogy szin­tén je­len­tős mennyi­sé­gű anya­got ve­szít. En­nek egy ki­sebb ré­sze vissza­jut a má­sik csil­lag­ra - amit ma Wes­terlund 1-5 né­ven lá­tunk ra­gyog­ni -, nagy ré­sze azon­ban vég­leg el­hagy­ja a rend­szert. A cso­port egy má­sik tag­ja, Fran­cis­co Na­jar­ro (Cent­ro de Ast­ro­bio­logía, Spa­in) sze­rint egy­részt a tö­meg­cse­re-fo­lya­mat kö­vet­kez­té­ben ala­kul­ha­tott ki a Wes­terlund 1-5 egye­di ké­mi­ai össze­té­te­le, más­részt a má­so­dik anyag­át­adás annyi­ra csök­ken­tet­te kí­sé­rő­jé­nek a tö­me­gét, hogy an­nak mag­já­ból a szu­per­nó­va-rob­ba­nás után vé­gül nem fe­ke­te lyuk, ha­nem ne­ut­ron­csil­lag ke­let­ke­zett.

Úgy tű­nik te­hát, egy mag­ne­tár lét­re­jöt­té­ben alap­ve­tő sze­re­pet ját­szik az, hogy szü­lő­csil­la­ga ket­tős rend­szer tag­ja volt. A két csil­lag kö­zöt­ti tö­meg­át­adás ál­tal oko­zott fel­gyor­sult ten­gely­for­gás szük­sé­ges a rend­kí­vül erős mág­ne­ses tér lét­re­ho­zá­sá­hoz, egy má­so­dik, de for­dí­tott irá­nyú fo­lya­mat pe­dig ab­ban se­gít­het a mag­ne­tár szü­lő­csil­la­gá­nak, hogy meg­sza­ba­dul­jon a fe­les­le­ges tö­meg­től, amely­nek bir­to­ká­ban ha­lá­lá­nak pil­la­na­tá­ban nem ne­ut­ron­csil­lag­gá, ha­nem fe­ke­te lyuk­ká ros­kad­na össze a mag­ja.

Az ered­mé­nye­ket rész­le­te­ző szak­cikk az Ast­ro­nomy & Ast­rophy­sics c. fo­lyó­irat­ban fog meg­je­len­ni.

For­rás:

• eso1415 - Sci­en­ce Re­le­a­se