2014.06.25. - Föld­mé­re­tű gyé­mánt az űr­ben

Egy ku­ta­tó­cso­port rá­dió­csil­la­gá­sza­ti meg­fi­gye­lé­sek alap­ján egy szo­kat­la­nul hal­vány és hi­deg fe­hér tör­pét azo­no­sí­tott. A csil­lag­ma­rad­vány annyi­ra hű­vös, hogy a szén lé­nye­gé­ben gyé­mánt­tá kris­tá­lyo­sod­ha­tott ben­ne.

Da­vid Kap­lan (Uni­ver­sity of Wis­con­sin, Mil­wa­u­kee) és mun­ka­tár­sai több más ob­szer­va­tó­ri­um mű­sze­rei mel­lett a Na­ti­o­nal Ra­dio Ast­ro­nomy Ob­ser­va­to­ry (NRAO) green bank-i rá­dió­te­lesz­kóp­já­val (GBT) és Very Long Ba­se­line Ar­ray (VL­BA) an­ten­na­rend­szer­rel nyert ada­tok alap­ján azo­no­sí­tot­ták a kü­lön­le­ges ob­jek­tu­mot, ami va­ló­szí­nű­leg a va­la­ha de­tek­tált leg­hal­vá­nyabb és leg­hi­de­gebb fe­hér tör­pe. Hő­mér­sék­le­te olyan ala­csony, hogy bel­se­jé­ben a szén kris­tá­lyos ál­la­pot­ban le­het, az­az tu­laj­don­kép­pen egy föld­mé­re­tű gyé­mánt­tal van dol­gunk. Kap­lan sze­rint min­den bi­zonnyal tár­sai is van­nak, de ép­pen a kis lu­mi­no­zi­tá­suk mi­att na­gyon ne­héz meg­ta­lál­ni őket.

A fe­hér tör­pék a Nap­hoz ha­son­ló csil­la­gok fej­lő­dé­sé­nek vég­ál­la­po­tát je­len­tik: a csil­lag pá­lya­fu­tá­sa vé­ge fe­lé a kül­ső ré­te­ge­it le­dob­ja ma­gá­ról, mag­já­ból pe­dig egy na­gyon sű­rű, kom­pakt ob­jek­tum jön lét­re, mely­nek mé­re­te nagy­já­ból a Föl­dé­vel egye­zik meg. A fő­leg szén­ből és oxi­gén­ből ál­ló fe­hér tör­pék na­gyon las­san hűl­nek és csak év­mil­li­ár­dok múl­va hal­vá­nyod­nak el vég­leg. A most fel­fe­de­zett ob­jek­tum ko­ra va­ló­szí­nű­leg meg­egye­zik a Tej­út­rend­sze­ré­vel, az­az kö­rül­be­lül 11 mil­li­árd év.

Még a fe­hér tör­pék­nél is sű­rűbb és kom­pak­tabb ob­jek­tu­mok a ne­ut­ron­csil­la­gok, ame­lyek a nagy tö­me­gű csil­la­gok éle­té­nek vé­gét je­len­tű szu­per­nó­va-rob­ba­ná­sok után ma­rad­nak vissza. Mi­vel na­gyon gyor­san fo­rog­nak a ten­ge­lyük kö­rül, ezért a rend­kí­vül erős mág­ne­ses te­rük pó­lu­sai kör­nyé­kén ki­áram­ló anyag­ban ger­jesz­tő­dő rá­dió­su­gár­zás ké­véi - mint a vi­lá­gí­tó­tor­nyok fény­pász­mái - má­sod­per­cen­ként akár több száz­szor is el­ér­he­tik a rá­dió­te­lesz­kóp­ja­in­kat, ha a Föld ép­pen meg­fe­le­lő irány­ban he­lyez­ke­dik el eh­hez. A gyors for­gás mi­att a je­lek te­hát pul­zus­sze­rű­en je­lent­kez­nek, ezért ezen ob­jek­tu­mo­kat pul­zá­rok­nak hív­juk.

A kom­pakt ob­jek­tu­mok gyak­ran al­kot­nak pá­rost. Je­len eset­ben is ez a hely­zet: a ket­tős­nek elő­ször a PSR J2222-0137 ka­ta­ló­gus­je­lű pul­zár­kom­po­nen­sét de­tek­tál­ta a GBT te­lesz­kóp­pal Ja­son Boy­les, a West Vir­gi­nia Uni­ver­sity hall­ga­tó­ja. Az el­ső ész­le­lé­sek sze­rint a pul­zár má­sod­per­cen­ként 30-nál is több­ször for­dul meg a ten­ge­lye kö­rül, de az ada­tok azt is mu­tat­ták, hogy van egy gra­vi­tá­ci­ó­san kö­tött kí­sé­rő­je, ami vagy szin­tén egy ne­ut­ron­csil­lag, vagy - sok­kal na­gyobb va­ló­szí­nű­ség­gel - egy szo­kat­la­nul hi­deg fe­hér tör­pe. A kom­pakt ket­tős ke­rin­gé­si pe­ri­ó­du­sa 2,45 nap­nak adó­dott. A pul­zárt ez­után Adam Deller (Net­her­lands Ins­ti­tu­te for Ra­dio Ast­ro­nomy, AST­RON) két éven ke­resz­tül ész­lel­te a VL­BA an­ten­na­rend­szer­rel. Az így nyert ada­tok alap­ján a Víz­ön­tő csil­lag­kép irá­nyá­ban ta­lál­ha­tó ob­jek­tum tá­vol­sá­ga kö­rül­be­lül 900 fény­év. Ez az in­for­má­ció kulcs­fon­tos­sá­gú volt a GBT-vel de­tek­tált pul­zu­sok Föld­re va­ló meg­ér­ke­zé­si ide­jét meg­adó mo­dell pon­to­sí­tá­sa szem­pont­já­ból.

Fan­tá­zia­rajz a PSR J2222-0137 ka­ta­ló­gus­je­lű pul­zár­ról és a kö­rü­löt­te ke­rin­gő fe­hér tör­pé­ről, ami a va­la­ha de­tek­tált leg­hal­vá­nyabb és leg­hi­de­gebb ilyen tí­pu­sú ob­jek­tum le­het.
[B. Sax­ton (NRAO/AUI/NSF)]

Az ál­ta­lá­nos re­la­ti­vi­tás­el­mé­let se­gít­sé­gé­vel a ku­ta­tók azt pró­bál­ták ki­de­rí­te­ni, hogy a kí­sé­rő gra­vi­tá­ci­ós te­re mi­lyen ha­tást gya­ko­rol a pul­zár rá­dió­je­le­i­re, mennyi­re kés­lel­te­ti azo­kat, amint a ne­ut­ron­csil­lag hoz­zánk ké­pest ép­pen mö­göt­te ha­lad el. Ez alap­ján meg tud­ták ha­tá­roz­ni a pá­lyák tér­be­li el­he­lyez­ke­dé­sét, il­let­ve a két kom­po­nens tö­me­gét is: a pul­zá­ré a Na­pé­nak 1,2-sze­re­se, míg a kí­sé­rőé 1,05-szo­ro­sa. Ez utób­bi vi­szont azt jel­zi, hogy a kí­sé­rő nem le­het ne­ut­ron­csil­lag, a pá­lyák túl sza­bá­lyo­sak ah­hoz, hogy egy má­so­dik szu­per­nó­va-rob­ba­nás is be­kö­vet­kez­he­tett vol­na a rend­szer­ben.

A kí­sé­rő tá­vol­sá­gát meg­fe­le­lő pon­tos­ság­gal is­mer­ve és ki­szá­mol­va azt, hogy ilyen messzi­ről néz­ve egy fe­hér tör­pé­nek mi­lyen fé­nyes­nek kel­le­ne len­nie, a ku­ta­tók úgy gon­dol­ták, hogy az op­ti­kai és az inf­ra­vö­rös tar­to­mány­ban is meg tud­ják majd fi­gyel­ni. Meg­le­pe­tés­re azon­ban ez sem a chi­lei SO­AR (So­ut­hern Ast­rophy­si­cal Re­se­arch) te­lesz­kóp­pal, sem a 10 mé­te­res Keck-táv­csö­vek­kel nem si­ke­rült. A ku­ta­tó­cso­port egyik tag­ja, a Uni­ver­sity of Nor­th Ca­ro­li­na hall­ga­tó­ja, Bart Dun­lap sze­rint a kí­sé­rő 100-szor hal­vá­nyabb bár­mely más, ne­ut­ron­csil­lag kö­rül ke­rin­gő fe­hér tör­pé­nél, de az összes is­mert fe­hér tör­pét te­kint­ve is kö­rül­be­lül egy nagy­ság­rend­del ki­sebb a lu­mi­no­zi­tá­sa a meg­szo­kott­nál. Ha va­ló­ban egy fe­hér tör­pé­ről van szó - és ez a leg­va­ló­szí­nűbb -, ak­kor an­nak na­gyon hű­vös­nek kell len­nie. A becs­lé­sek sze­rint a hő­mér­sék­le­te nem ma­ga­sabb 3 ezer kel­vin­nél, ami­nél a Nap fel­szí­ni hő­mér­sék­le­te is két­szer na­gyobb.

A ku­ta­tók úgy vé­lik, hogy egy ilyen hi­deg, össze­ros­kadt csil­lag nagy­mér­ték­ben kris­tá­lyos szén­ből áll, majd­nem olyan, mint a gyé­mánt. Az el­mé­le­tek alap­ján nem rit­ka ob­jek­tu­mok­ról van szó, csak az ala­csony fé­nyes­sé­gük mi­att rend­kí­vül ne­héz de­tek­tál­ni őket. Ket­tős rend­szer­be­li tag­sá­guk, ha a má­sik kom­po­nens egy ne­ut­ron­csil­lag, azon­ban le­he­tő­vé te­szi ezt, mint eb­ben az eset­ben is.

Az ered­mé­nye­ket rész­le­te­ző szak­cikk az Ast­rophy­si­cal Jour­nal c. fo­lyó­irat­ban je­lent meg.

For­rás:

• Sci­en­ce­Da­ily 2014.06.23.