Óriás csillagrobbanást figyeltek meg

Hatalmas robbanás utójátékát figyelte meg a Hubble-űrtávcső (HST) egy csaknem 4 milliárd fényév távolságban lévő galaxisban. A kilonóvának nevezett jelenség akkor következik be, ha két neutroncsillag összeütközik.

A gammavillanások vagy gammakitörések a nagy energiájú sugárzás hirtelen felerősödései, amelyek az égbolton véletlenszerű irányokban figyelhetők meg. Irányeloszlásukból a csillagászok már régen arra következtettek, hogy a Tejútrendszeren kívüli jelenségről van szó, ellenkező esetben a villanásoknak a Tejút sávja körül kellene koncentrálódniuk. Mivel ilyen nagy távolságból is láthatók, nagy energiájú folyamatoknak kell okozniuk. Két fajtájukat különböztetik meg, a hosszúakat és a rövideket. A fogalom relatív, mert a hosszúak is csak két másodpercnél hosszabb ideig tartanak. A csillagászok bizonyítottnak látják, hogy a jelenséget rendkívül nagy tömegű csillagok összeomlása hozza létre.

Még rejtélyesebbek a rövid gammavillanások. Eddig csak közvetett bizonyítékok szóltak amellett, hogy kompakt, tehát kis méretű és nagy tömegű égitestek összeütközésekor és egyesülésekor keletkeznek. Ezt a feltételezést sikerült most igazolni.

A Hubble-űrtávcső felvételei június 13-án (balra) és július 3-án (jobbra) a GRB 130603B gamma-villanásnak otthont adó, 4 milliárd fényévre lévő galaxisról. A korábbi felvételen jól látható a galaxis magjától jobbra lefelé elhelyezkedő infravörös forrás, amely három hét alatt már elhalványodott, a későbbi felvételen már nem látszik Forrás: NASA

Az asztrofizikusok úgy gondolták, hogy a rövid gammavillanások olyan csillagpárokban jönnek létre, ahol két szupersűrű neutroncsillag kering egymás körül. Eközben spirális pályán egyre közelebb kerülnek egymáshoz, mert a nagy tömegek gyors keringése gravitációs hullámokat kelt (ezek a téridő szerkezetének apró fodrozódásai), és a gravitációs hullámok energia visznek el a rendszerből. Végül a mozgás utolsó ezredmásodpercében a két csillag egyesül, miközben rengeteg, erősen radioaktív anyag keletkezik. Ezt az anyagot a radioaktív atommagok bomlási hője felforrósítja, az anyag kiterjed és elektromágneses sugárzást bocsát ki. Az így keletkező, úgynevezett kilonóva körülbelül ezerszer olyan fényes, mint egy közönséges nóva, ami egy fehér törpecsillag robbanásszerű kitörése (kilo = ezer).

A rövid gammavillanás és az elméletileg megjósolt, majd megfigyelésekkel kimutatott kilonóva-jelenség magyarázata. 1. Két neutroncsillag kering egymás körül. A gravitációs hullámok energiát visznek el a rendszerből, ezért egyre közelebb kerülnek egymáshoz. 2. A két csillag egymásnak ütközik, egytized másodpercig tartó gammavillanást okozva. A nagy energiájú folyamat erősen radioaktív atommagokat hoz létre. A keletkezett radioaktív magok gyors bomlása felforrósítja a felhőt, erős sugárzása a kilonóvának nevezett jelenség. 3. Az egyre halványuló tűzgömb anyaga a látható fényt nem engedi át, de infravörösben megfigyelhető. 4. Az egyesült objektumok minden bizonnyal fekete lyukká válnak, amelyet a visszamaradt törmelékkorong vesz körül Forrás: NASA

A nóva, a kilonóva és a szupernóva egyaránt a jelenség látványáról kapta a nevét, fizikailag a jelenségeknek semmi közül egymáshoz. Mindamellett a kilonóva elnevezés találó, mert legalább a jelenség energiájának nagyságrendjét érzékelteti. A kilonóva és a szupernóva között 10–100-szoros energiakülönbség van, természetesen utóbbi javára. A gammavillanás a másodperc törtrésze alatt annyi energiát bocsát ki, mint a Nap egymillió év alatt.

A NASA Swift űrtávcsöve már csaknem egy évtizede kutatja a nagy energiájú gamma-villanásokat Forrás: NASA

A Berkeley-i Kalifornia Egyetem és a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium két csillagásza a Nature-ben tették közzé számításaikat, melyek részletesen leírják a kilonóva jelenséget. Előrejelzésük szerint maga a sugárzást kibocsátó forró plazma nem engedi át a látható fényt, ezért a kilonóva energiája néhány napon keresztül az infravörös tartományban sugárzódik ki. A folyamat néhány nehéz elem, például az arany és a platina kozmikus gyakoriságára is az eddigieknél pontosabb magyarázatot ad.

A közelmúltban ritka alkalom kínálkozott a modell ellenőrzésére. A NASA Swift űrtávcsöve június 3-án észlelte a GRB 130603B jelű, rendkívül erős gamma-villanást. Maga a gamma-villanás mindössze egytized másodpercig tartott, mégis 100 milliárdszor annyi energiát bocsátott ki, mint a villanást követő kilonóva. Hiába 1000-szer fényesebb tehát a kilonóva a közönséges nóváknál, mégis csak elenyészően csekély energiájú utójátéka az egyik legnagyobb energiájú ismert természeti jelenségnek, a két kompakt égitest egyesülésének. Szinte hihetetlen, hogy ennek ellenére 4 milliárd fényév távolságból sikerült kimutatni.

A Hubble-űrtávcső húsz évi működés után is tud szenzációszámba menő felfedezésekkel szolgálni Forrás: NASA

A modell szerint a kilonóva a gammavillanás után 3-11 nappal éri el maximális fényességét, gyorsan kellett tehát cselekedni. A rendkívüli események idejére tartalékolt lehetőséggel élve soron kívüli megfigyelési időt kértek a HST-re. A Hubble-űrtávcsővel június 12-13-án vizsgálták át a gamma-villanás helyének környékét, halvány, vörös színű objektumot keresve. Meg is találták, sőt az adatok független elemzésével egy másik kutatócsoport is megerősítette a felfedezést. A HST-vel július 3-án újra megfigyelték az objektumot, amikor kimutatták, hogy az objektum az előző megfigyelés óta halványodott, összhangban azzal, hogy valóban a gamma-villanás halvány utójátékának lehettünk szemtanúi.