Anyagvilág - Háttérinformáció:

Az első csillagokat imitálja egy gammakitörés

Tartalomjegyzékhez Világképem     

Csillagászok egy 2013-ban észlelt extrém hosszú ideig tartó gammakitörésről különféle megfigyelési hullámhosszakon gyűjtött adatokat elemezve arra a következtetésre jutottak, hogy a kitörés számos vonásában nagymértékben hasonlít azokhoz a jellemzőkhöz, amelyekre a Világegyetem első, nagyon nagy tömegű csillagainak robbanásakor számíthatunk. Amennyiben ez az értelmezés helytálló, akkor a gammakitörések eddigi osztályozása egy újabb típussal bővül, amely ráadásul jól modellezi a legkorábbi csillagok mai csillagászati megfigyelőeszközökkel még elérhetetlen összeomlásait. Az eredményről a kutatók az Astrophyskal Journal Lettersben számoltak be.

„A mai asztrofizika egyik legnagyobb kihívása a Világegyetem első csillagainak, az úgynevezett III. populációs csillagoknak az azonosítása és fejlődésük lehetséges módozatainak feltárása — magyarázta a kutatócsoportot vezető Luígí Piro, a római Asztrofizikai és Planetológiai Intézet kutatási igazgatója. — A mostani felfedezés fontos előrelépés ezen az úton."

Fantáziakép a GRB 130925A-felvillanás megfigyelt szerkezetéről: a fekete lyukká összeomlott magból kitörő szűk részecskenyaláb
(fehér) a megmaradt külső, hűvösebb gázrétegeknek ütközve maga körül forró, röntgensugárzó gázburkot hoz létre (vörös).
A GRB forrása egy fémekben szegény kék szuperóriás lehet, amely jól modellezi a Világegyetem első nagytömegű csillagait
KÉP: NASA/SWIFT/A. SIMONNET, SONOMA STATE UNIV.

A gammakitörések (gamma-ray bursts: GRB-k) a Világegyetemben megfigyelhető legfényesebb, legnagyobb energiájú felvillanások, amelyek során rövid ideig tartó, nagy intenzitású gamma- és röntgensugárzás, majd a látható, infravörös és a rádiótartományban gyorsan elhalványuló utánfénylés figyelhető meg. Viszonylag gyakori jelenségek: az észlelésükre alkalmas űrobszervatóriumok átlagosan naponta figyelnek meg egy-egy új felvillanást.

2013. szeptember 25-én a NASA Swift-rnűholdjának kitörésjelző távcsöve nagyenergiájú gammakitörést jelzett (amely az időpont nyomán a GRB 130925A-jelzést kapta), és miközben röntgentávcsövét azonnal a célra irányította, automatikusan riasztotta a világ többi nagy földi és űrobszervatóriumát is. A megfigyelések alapján a kitörés forrása a Kemence (Fornax) csillagkép irányában, tőlünk 3,9 milliárd fényévre volt.

Az elmúlt évtizedek során csillagászok GRB-k ezreit figyelték meg, amelyeket eddig — alapvetően az időtartamuk alapján — két nagy osztályba soroltak: a rövid (idejű), mindössze legfeljebb 2 másodpercig tartó, illetőleg a hosszú (idejű), néhány másodperctől néhány percig (de túlnyomórészt 20—50 másodperces) felvillanásokra. A rövid CRB-ket nagy valószínűséggel bináris rendszerekben lévő nagyon sűrű objektumok (neutroncsillagok vagy fekete lyukak) összeolvadásával, a hosszúakat sokszoros naptömegű csillagok fekete lyukká való gravitációs összeomlásával magyarázták.

A GRB 130925A gamma kifényesedése ehhez képest rendkívül hosszú ideig, mintegy 1,9 órán át tartott, ami több mint százszorosa a korábban megfigyelt hosszú idejű GRB-k átlagának. A Swift röntgentávcsöve (XRT) intenzív és erősen változó, kitörésekkel tarkított utánfénylést figyelt meg a röntgentartományban, amely csak több mint 6 óra elteltével kezdett a hosszú idejű GRB-knél megszokott módon halványodni.

Csillagászok szerint a hosszú GRB-k a Wolf-Rayet típusú csillagok gravitációs összeomlásakor keletkeznek: ezek születésükkor több mint 25 naptömegűek, majd fejlődésük során külső, főként hidrogént tartalmazó rétegeiket erős csillagszeleikkel lefújják, s mire az összeomlás küszöbére érnek méretük már nagyjából összemérhető a Napéval: a csillag magjának fekete lyukká való összeomlásakor nagyenergiájú jetek keletkeznek, amelyek a csillag megmaradt légkörén áttörve erőteljes — jellemzően néhányszor 10 másodpercen át tartó — röntgensugárzást keltenek: ezeket észleljük a hosszú GRB-kben.

Mivel a GRB 130925A esetében ezek az időtartamok több százszorosra nyúlnak, a jelenség a kitörések egy új osztályába, az ultrahoszú GRB-k osztályába sorolandó. A folyamatok időtartamának ilyen mértékű megnyúlása nagy valószínűséggel a forrás (az összeomló csillag) fizikai méretei növekedésének tulajdonítható. Az asztrofizikusok szerint ez valószínűleg egy olyan forró, kék szuperóriás lehet, amelynek tömege legalább 20-szorosa a Napénak, ám hidrogénben gazdag külső rétegeit megtartotta, ezért átmérője legalább százszorosa a Napénak. Sőt, még ezt is meghaladhatja, amennyiben a csillag anyaga a hidrogénnél és héliumnál nehezebb elemeket (a csillagászatban: fémeket) legfeljebb elenyésző mennyiségben tartalmaz — ez utóbbi azért feltételezhető, mivel a külső hidrogénrétegeket lefújó csillagszél erősségét (illetve az összeomlásig megtartott hidrogén mennyiségét) a csillag fémtartalma szabja meg. A legnagyobb kék szuperóriások esetében így a megmaradt hidrogénrétegek bezuhanása a mag kollapszusában keletkezett fekete lyukba szintén ultrahosszú ideig tart.

A hosszú röntgenutánfénylés a NASA Swiftés Chandra, illetve az ESA XMM-Newton röntgen-űrobszervatóriumainak megfigyelései szerint érdekes, korábban nem látott szerkezetet mutatott: ahogy a fekete lyukból kiinduló két ellentétes irányú, közel fénysebességgel száguldó részecskékből álló szűk anyagnyaláb (jet) a csillag megmaradt külsőbb, hűvösebb rétegeinek ütközött, felhevítette és röntgensugárzásra késztette őket — így a jet körül egy forró, röntgensugárzó gázburok jött létre, amelyet feltehetőleg erős mágneses terek meg is tartottak a jet egy szűk környezetében.

A szuperhosszú GRB 130925A-gammakitörés megfigyelt tulajdonságait tehát jól magyarázza egy olyan elméleti modell, miszerint a felvillanást egy fémekben rendkívül szegény, kék szuperóriás gravitációs összeomlása hozhatta létre. Másfelől viszont tudjuk, hogy fémek a Világegyetemben csak a csillagokban termelődtek, ahonnan szupernóva-robbanásokkal oszlottak szét a csillagközi térben. Ennek tulajdonítható, hogy a később keletkezett csillaggenerációk anyaga már egyre gazdagabb fémekben. Mivel azonban a csillagközi anyag feldúsulása fémekben korántsem egyenletes, akár a közelünkben is előfordulhatnak fémekben szegényebb csillagok és galaxisok, amelyek ahhoz nagyon hasonló fejlődési utat járnak be, mint a legkorábban létrejöttek, s így tanulmányozásukkal máris bepillanthatunk a Világegyetem első csillagainak (amelyek közvetlen megfigyelésére eszközeink még nem képesek) fejlődéstörténetébe.

Tartalomjegyzékhez Világképem     

----------------

Forrás: www.nasa.gov/contenVgoddard/out-of-an-hours-long-explosion-a-stand-in-for-the-first-stars/

932.o. - Élet és Tudomány - 2014/30