2008.01.08. - Neutronokból állnak-e a neutroncsillagok?

Az XMM-Newton röntgenteleszkóp mérésein alapuló eredmények szerint a neutroncsillagok tömege nagyobb, mérete pedig kisebb is lehet annál, mint amit az aktuális modellek jeleznek.

A neutroncsillagok nagytömegű csillagok szupernóva-robbanása után visszamaradó kompakt objektumok, méretük 10-12 km körüli, tömegük azonban meghaladja a Napét, azaz sűrűségük óriási, így nem alkothatják őket normál atomok. A széleskörben elfogadott modell szerint majdnem tisztán neutronokból állnak, melyek a szupernóva-robbanást elszenvedett csillag magjának kollapszusakor jönnek létre az óriási nyomás hatására a csillagplazma atommagjainak protonjaiból és az elektronokból. A neutronok feles spinű részecskék, így érvényes rájuk a Pauli-elv, ami bizonyos tömeghatár alatt nem engedi az összeroskadó mag minden határon túli zsugorodását és fekete lyukká válását.

A fenti elképzeléssel kapcsolatos első kételyek akkor kezdtek felmerülni, amikor bizonyos észlelések alapján úgy tűnt, hogy néhány neutroncsillagnak nagyobb lehet a tömege az elméletek által előrejelzettnél, s elérheti akár két naptömeget is. Más jelöltek esetében pedig a méret mutatkozott a sztenderdnél kisebbnek, körülbelül 6-8 kilométernek. Ezek alapján olyan modellek is előtérbe kerültek, melyekben a maradvány objektumok még exotikusabb részecskékből, pionokból (π mezonok), kaonokból (K mezonok), illetve kvarkokból (a nukleonokat alkotó részecskék) állnak.

A neutroncsillagokban a nukleonokat alkotó részek, a kvarkok kötött állapotban vannak. A kvarkcsillagok azonban szabad kvarkokból állnak, így azok kisebb térrészben is elférnek, azaz az objektum mérete kisebb lesz. A kvarkok angol elnevezéseinek - például up, down, strange - magyar fordításai (fel, le, ritka) helyett inkább az angol elnevezés kezdőbetűjével való jelölés terjedt el, azaz például u-kvark, d-kvark, s-kvark.
[CXC/M. Weiss]

Az előbbiekből látszik, mennyire fontos a neutroncsillagok tömegének és sugarának ismerete. Sajnos kicsiny voltuk miatt a direkt méretmeghatározás lehetetlen, ezért a kutatók csak a róluk érkező különböző hullámhosszúságú elektromágneses sugárzásra, s számítógépes modellekre hagyatkozhatnak a fenti paraméterek meghatározásakor. Ehhez természetesen szükség van még a modellezett neutroncsillag távolságának ismeretére, ez pedig újabb kritikus pont. Nagy segítséget jelent, ha egy csillag olyan nagyobb egység része, melynek távolsága más módszerekkel kellő pontossággal meghatározható. Ilyenek például a Tejútrendszer körüli gömbhalmazok. Ezek összes objektumának távolságaként maga a halmaz távolsága használható.

Az ω Centauri, az M13 és az NGC 2808 gömbhalmazok.
[Különböző internetes források]

Natalie Webb és Didier Barret (Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements, Toulouse, Franciaország) az XMM-Newton röntgenteleszkóp EPIC kamerájának segítségével azonosított három neutroncsillag-jelöltet az ω Centauri, az M13 és az NGC 2808 gömbhalmazokban. Mindegyik jelölt egy ún. röntgenkettős egyik komponense, s a mérések tanúsága szerint jelenleg viszonylagos nyugalmi fázisukat élik. A detektált röntgensugárzásnak - függetlenül attól, hogy forrása a tömegbeáramlási korong, vagy a neutroncsillagok akkréció által felfűtött magja - át kell haladnia neutroncsillagok körüli hidrogénből álló légkörön, így információt szolgáltathat az atmoszféráról, ami aztán összevethető a rá vonatkozó modellekkel.

Webb és Barret tehát az általuk kapott színképeket összehasonlították a hidrogénlégkörökre vonatkozó különböző modellekből származtatható eredményekkel, s azt találták, hogy a konstans felszíni gravitációs térerősséget feltételező modellek szisztematikusan alábecsülik a neutroncsillag tömegét, illetve felülbecsülik a sugarát. Eredményeik szerint a tömeg elérheti akár a 2,4 naptömeget is, míg a sugarak értékei körülbelül 8 km-ről indulhatnak.

A munka másik fontos megállapítása, hogy az adatok csak olyan állapotegyenleteket engednek meg az elfajult csillaganyagra, melyek szerint a neutroncsillagok mégis csak neutronokból állnak, de azért megengedik a tisztán kvarkokból álló objektumok létezését is.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóirat 2007. december 10-i számában jelent meg.

Forrás:

• ESA NR 2008.01.08.