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.