2014.08.12. - Egzotikus magyarázat a galaxisuktól távol felrobbanó csillagokra

A University of Warwick kutatói úgy gondolják, hogy kielégítő magyarázatot találtak a galaxisuktól nagy távolságban bekövetkező szupernóva-robbanásokra, melyeket egy fehér törpe és egy neutroncsillag összeolvadása okozhat.

A csoport vezetője, Joe Lyman elmondása szerint kutatásukban a kalcium-gazdag tranzienseket (calcium rich transients) vizsgálták, amelyek több hétig tartó fényes kataklizmák, de nem akkora luminozitásuak és nem olyan hosszúak, mint a hagyományos szupernóva-robbanások, így felfedezni és részletesen tanulmányozni is nehéz őket. A korábbi vizsgálatok alapján az ezen robbanások közben ledobott anyagnak akár a fele is kalcium, ellentétben a normál szupernóva-robbanások sokkal kisebb arányával, azaz ezek az események valójában az univerzum kalciumtartalmának domináns forrásai lehetnek. Lyman szerint az egyik legfurcsább tény velük kapcsolatban az, hogy a robbanások szokatlan helyeken következnek be. Azt várnánk, hogy az explózió a gazdagalaxis olyan részén történik, ahonnan annak látható sugárzása is érkezik, hiszen ott találhatók benne a csillagok. Ezen robbanások nagy része azonban a galaxisoktól nagy távolságban villan fel, ahol a csillagok száma elenyésző. Lyman és munkatársai azt szerették volna kideríteni, hogy elképzelhető-e bármilyen egyéb rendszer, mondjuk egy halvány törpegalaxis léte azokon a helyeken, ahol a tranziensek feltűnnek. Az észleléseket a lehető legkisebb határfényességig elvégezve azt találták, hogy a kérdéses pozíciókban tulajdonképpen semmi sincs. Ekkor azonban kérdés, hogy mi is robban ezen események során. A kalcium-gazdag tranziensek akár több tízezer parszek távolságban is feltűnhetnek a vélelmezett gazdagalaxis látható részétől, az eddig megfigyeltek harmad része pedig 65 ezer fényévnél biztosan nagyobb távolságban következett be. Lyman és kollégái az ESO VLT távcsőrendszerét és a Hubble-űrteleszkópot használták a robbanások környezetének vizsgálatára, illetve annak kiderítésére, hogy a közeli kalcium-gazdag tranziensek esetében a robbanás után milyen objektum maradt vissza.

A University of Warwick kutatói szerint a galaxisoktól távoli szupernóva-robbanások olyan kettős rendszerekben következnek be, amelyeknek egyik tagja egy fehér törpe, a másik pedig egy neutroncsillag, amely a kettős korábban szupernóva-robbanást elszenvedő nagy tömegű komponensének maradványa. A második, a gazdagalaxistól már távol bekövetkező robbanás a két kompakt objektum összeolvadásának eredménye.
[Mark A. Garlick / space-art.co.uk / University of Warwick]

A legközelebbi eseményeknél az észlelések alapján ki tudták zárni a törpegalaxisok vagy a gömbhalmazok jelenlétét a robbanások pozícióiban. Az elképzelések szerint a kollapszároknak nevezett szupernóvákat - amelyekre a kalcium-gazdag tranziensek hasonlítanak, csak halványabbak - kettős rendszerekben található nagy tömegű csillagok produkálják, amelyek anyaguknak nagy részét az explózió előtt már elvesztették. Ez is lehetne egy magyarázat, a kutatók azonban nem találtak a túlélő kísérőre utaló nyomokat, vagy más nagy tömegű csillagokat a közelben, amelyek kidobhatták volna a kalcium-gazdag tranziensek progenitorait.

A kutatócsoport egyik tagja, Andrew Levan szerint az ún. hipersebességű csillagok sem magyarázhatják ezen szupernóvák elhelyezkedését. Azoknak kisebb tömegű, hosszabb életű csillagoknak kell lenniük, de szintén kettős rendszerekben, mivel nem ismert olyan mechanizmus, amelynek következtében egy magányos kis tömegű csillag szupernóvaként robbanhatna fel, vagy legalább olyan eseményt generálna, amely úgy néz ki, mint egy szupernóva-robbanás. A kutatók ezután összehasonlították az adataikat az ún. rövid gamma-villanásokról (SGRB-k, short-duration gamma ray bursts) rendelkezésre álló információkkal, amelyek szintén gyakran tűnnek fel a galaxisoktól távol. A modellek szerint a rövid gamma-villanásokat vagy két neutroncsillag összeütközése vagy egy neutroncsillag és egy fekete lyuk összeolvadása okozza - ezt támasztja alá az, a kutatócsoport egyik tagja, Nial Tanvir által vezetett munka is, amelynek eredményeként detektáltak egy rövid gamma-villanást kísérő "kilonóvát". Bár neutroncsillag és fekete lyuk összeolvadása nem magyarázhatja a fényes kalcium-gazdag tranzienseket, Lyman és kollégái megvizsgálták, mi történne akkor, ha a neutroncsillag egy fehér törpével olvadna össze. Azt találták, hogy ez az elképzelés illeszkedne az észleléseikhez és az analízisükhöz, mivel (1) elegendő energiát szolgáltatna a kalcium-gazdag tranziensek luminozitásához, (2) a fehér törpe jelenléte indokolná a kalciumban gazdag anyagot, és (3) a neutroncsillag magyarázhatná, hogy a kettős rendszer miért van nagy távolságra a gazdagalaxisától.

Lyman szerint az elképzelésük alapján a neutroncsillagból és a fehér törpéből álló kettős rendszerek kidobódtak a galaxisaikból. A kettősben a neutroncsillag a nagy tömegű komponens szupernóva-robbanásának maradványa, amely a kataklizma következtében nagy (100 km/s) sebességgel kilökődött és elhagyta a gazdagalaxist. Ha pedig kettős rendszer túlélte a "rúgást", a neutroncsillag és a fehér törpe összeolvadása létrehozhatja a robbanó tranzienst. A kutatók megjegyzik, hogy a fehér törpe és a neutroncsillag összeolvadásának nagy energiájú gamma-villanással kell járnia. Ennek megerősítéséhez azonban további megfigyelések szükségesek, hasonlóan az esemény által generált gravitációs hullámok detektálásához is.

Az eredményeket részletező szakcikk a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2014.08.07.