Titokzatos rádiókitöréseket észleltek egy távoli galaxisból

A Qubit a szabad és tájékozott magyar nyilvánosságért dolgozik. Segítsd a munkánkat!

Közel 2000 gyors rádiókitörést észleltek egy távoli galaxisban található forrásból kínai kutatók, és a megfigyelések még érdekesebbé tehetik ezt a különleges kozmikus jelenséget – állítja két, a Nature szaklapjaiban szerda délután megjelent tanulmány.

gyors rádiókitörések (FRB, fast radio burst) ezredmásodpercekig tartó, általában távoli forrásból érkező rádiójelek, amelyeket először 2007-ben észleltek. Ma már több száz FRB ismert, egy 2020-as, saját galaxisunkon belüli jelforrás vizsgálata pedig arra utalt, hogy a gyors rádiókitörések legalább egy része magnetárokhoz kötődhet. Ezek olyan kis méretű és nagyon sűrű csillagmaradványok, vagyis neutroncsillagok, amelyek mágneses tere rendkívül erős.

Li Kecsia, a Pekingi Egyetem kutatója és kollégái szerda délután a Nature-ben közölték az 500 méteres átmérőjű kínai FAST rádióteleszkóppal végzett megfigyeléseiket. Ezek 1863 rádiókitörés észleléséről tanúskodnak az FRB20201124A kódjelű, ismétlődő FRB-forrásból, amely egy tőlünk több mint egymilliárd fényévre található galaxisban helyezkedik el. A méréseket Vang Fajin, a Nankingi Egyetem kutatója és kollégái a Nature Communications folyóiratban megjelenő tanulmányukban egy különleges kettőscsillag-rendszerrel magyarázzák.

Ezen a vizualizáción a tejútrendszerbeli SGR 1935 magnetár neutroncsillagról távozó röntgenkitörés látható, amely gyors rádiókitöréssel járt együttIllusztráció: NASA’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA)

„Könnyen meglehet, hogy a gyors rádiókitörések nem csak egyféle asztrofizikai jelenségre vezethetők vissza, hiszen megfigyelt tulajdonságaik is különbözőek” – mondta Frey Sándor csillagász, a CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet tudományos főmunkatársa a Qubit kérdésére, amely arra vonatkozott, hogy mennyire módosítják az új eredmények a gyors rádiókitörésekről alkotott képünket. „Gondoljunk csak az egyszeri és az ismétlődő kitörések közötti alapvető eltérésre. Az előbbieket akár valamilyen kataklizmikus jelenség, mint egy csillagrobbanás is okozhatja, amikor a forrásuk megsemmisül, és ilyenkor természetesen nem várhatjuk, hogy a jel onnan valaha is megismétlődik” – mondta. 

A kutató szerint „így a magnetárok sem tekinthetők végleges magyarázatnak, legfeljebb olyan jelölteknek, amelyek egyre ígéretesebbnek tűnnek. Az FRB-ket még nem túl régóta ismerjük, és csak az elmúlt néhány évben sikerült nagyobb számban, valós időben megfigyelni ilyeneket, némelyiküknek, leginkább az ismétlődőknek, pedig pontosan lokalizálni a helyzetét égen”.  A csillagász szerint az FRB-k vizsgálata egy aktív kutatási terület, és a tudomány még nem mondta ki a végső szót a jelenség okáról vagy okairól.

Frey úgy véli, „ebből a szempontból az új tanulmányok nagyon fontosak, mert olyan mozaikdarabokat ásnak elő, amelyeket mindenképpen be kell tudni illeszteni a majdani »nagy képbe«. Egyetlen felfedezés azonban ritkán módosít gyökeresen a fennálló elképzeléseken. A Nature-ben megjelent cikk szerzői egyébként maguk is óvatosan fogalmaznak az utolsó mondatukban: végső soron egy magnetár sem elképzelhetetlen magyarázat az FRB 20201124A produkálta jelenségekre, csakhogy ebben az esetben valamilyen különleges belső tulajdonságra vagy szokatlan környezeti körülményekre kell gondolni”.

Ez az eddigi egyik legaktívabb gyors rádiókitörés

Li és munkatársai az 500 méteres rádióteleszkópjukat összesen 91 órán át irányították az FRB felé, 2021. április 1. és 2021. június 11. között. Ezalatt 1103 fényes (azaz nagy jel/zaj arányú) kitörést, míg összesen 1863-at figyeltek meg az irányából. A kitörések napi mennyisége lassú változást mutatott 6-46/órás gyakoriság között, ami ezt az FRB-t a valaha megfigyelt egyik legaktívabbá teszi. Ez a kutatók szerint különleges helyi környezetet kell, hogy igényeljen, amennyiben a rádiókitöréseket egy magnetár okozza.

Május végén aztán olyan dolog történt, amire nem számítottak a szakemberek. Az FRB aktivitása 74 óra leforgása alatt elkezdett mérséklődni, majd a megfigyelési időszak utolsó két hetében, amely során a teleszkóp 9 órán át figyelte a forrást, egyetlen kitörést sem regisztráltak. Az előtte mért rádiókitörések általánosságban nagy arányú körkörös polarizációt mutattak, ellentétben a legtöbb korábban látott FRB-vel, vagy rádiótartományban sugárzó magnetárral. Ez ugyanakkor egybevág azzal, hogy a rádiójeleket egy mágneses tér kelti.

A kutatók 10 napos időskálán a mágneses tér erejére utaló, úgynevezett Faraday-rotációs mérték jelentős változását figyelték meg. Ennek szerintük két oka lehet: a mágneses tér konfigurációjának módosulása vagy a forrást körülvevő anyag sűrűségének eltérései. Liék szerint az, hogy a rotációs mérték nem állandó időközönként változik, még nem zárja ki, hogy egy kettőscsillag-rendszerről legyen szó. Május elején aztán megállt a változás, és a rotációs mérték a megfigyelési periódus végéig már konstans maradt.

A rádiótávcsöves mérések mellett a kutatók látható fényben és közeli infravörös tartományban vizsgálták az FRB-nek spirálkarjai között otthont adó galaxist, a 10 méteres átmérőjű hawaii Keck teleszkópokkal. Az SDSS J050803-48+260338.0 koordinátajelű galaxis a megfigyelések szerint z=0,098-as vöröseltolódás értékkel rendelkezik, így közel 1-1,5 milliárd fényévre található tőlünk. A galaxis tömege feleannyi, csillagformálódási rátája viszont kétszerese a Tejútrendszerének, és ahhoz hasonlóan szerkezetileg egy küllős spirálgalaxis. A galaxis emellett gazdagabb fémekben, mint bármely korábbi gyors rádiókitörés-forrás lakóhelye.

„Ki nem zárja teljesen, legfeljebb valószínűtlenné teszi” – reagálta Frey a Qubit arra vonatkozó kérdésére, hogy kizárják-e a jel tulajdonságai vagy forrásának saját galaxisán belüli helyzete azt, hogy a megfigyelt jelenséget egy magnetár neutroncsillag okozza. A kutató szerint „ennek oka, hogy a neutroncsillagok nagy tömegű, így rövid életű csillagok szupernóva-robbanása nyomán jönnek létre. A spirálgalaxisokban pedig a spirálkarok a hevesebb csillagkeletkezés jellemző helyszínei, nem pedig a karok közötti térség. Ettől persze még előfordulhat, hogy a spirálkaroktól távol is található egy-egy neutroncsillag”.  A csillagász szerint „nyilván sokkal okosabbak lennénk, ha nem egyetlen ilyen példányt ismernénk, hanem egy nagyobb minta statisztikai elemzésével dolgozhatnánk. Ami késik, nem múlik: idővel biztos lesz több hasonló felfedezés is”.

Egy különös kettős rendszer lehet a megoldás, de ennek igazolása időbe telik majd

Vang és kollégái szerint az FRB helyi környezete miatt a fizikai természetének megértéséhez kulcsfontosságú nyom a rotációs mérték és a megfigyelőig utazó jel környezete, valamint a csillagközi tér általi módosulásának (diszperziós érték) időben történő változása.

A méréseket a kutatók szerint egy különleges kettős rendszer magyarázhatja meg. Ennek egyik résztvevője egy Be-típusú csillag, amelyről a gyors forgása következtében rengeteg anyag válik le, ami egy csillagkörüli korongot (decretion disk) hoz létre. A modellben ekörül kering egy magnetár neutroncsillag, méghozzá úgy, hogy pályájának síkjához képest a csillag korongja ferdén helyezkedik el.

Vangék úgy vélik, hogy a rádiókitörések és a Be-típusú csillag korongja közti kölcsönhatás megmagyarázza a diszperzió változását, a mágneses tér erejének erőteljes ingadozását, és így a megfigyelt körkörös depolarizációt is. A szakemberek szerint ha ez a modell helyes, csak hosszabb távú megfigyelésekre lenne szükség ahhoz, hogy kiszámolható legyen a magnetár csillag keringési periódusa.

„A Nature Communications-cikk szerzői arra tesznek kísérletet, hogy elegánsan »megmentsék« az FRB-ket a magnetárokhoz kötő, egyre inkább elfogadottá váló magyarázatot” – válaszolta Frey arra a kérdésünkre, hogy mennyire lehet realisztikus Vangék kettős rendszeres hipotézise. A kutató szerint „ez a megoldás összecseng a másik cikk záró mondatával, hiszen ez épp egy szokatlan környezetben található magnetár lehetőségét veti fel. A számításaik alapján ez egy elképzelhető modellnek tűnik”.

A csillagász úgy látja, hogy „mint minden természettudományos elképzelésről, erről is a későbbi mérések mondják majd ki az ítéletet: lehet, hogy maradandónak bizonyul, lehet, hogy tévesnek. A szerzők mindenesetre javaslatot is tesznek arra, hogy a Be-csillagok és a neutroncsillagok alkotta röntgenkettősök körében kellene célzottan FRB-ket keresni. Ha ez eredménnyel járna, az erős érv volna a modelljük mellett. Ilyenekből ugyanakkor nem sokat ismerünk, szóval jó időbe telhet, amíg ebben a kérdésben tisztábban látunk majd”.

A Qubit szerkesztősége azért dolgozik, hogy a magyar nyilvánosság hiteles, alapos és közérthető tudományos ismeretekhez jusson. Tesszük ezt politikamentesen, közszolgálati hevülettel, száznál több kutató és tudós bevonásával. Égető kérdések, dermesztő válságok és zavaros álhírek sűrűjében igyekszünk tartani a fáklyát immár havi bő hétszázezer olvasónknak. Cikkeink ingyen olvashatók, de nem ingyen készülnek. Segítsd a munkánkat!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: