Jéki László | Magnetárok – mágneses csillagok

Népszerű tudomány

Magnetárok – mágneses csillagok

A történet egy furcsa, korábban sohasem észlelt természeti jelenségsorozat megfigyelésével kezdődött. 1979. március 5-én amerikai és szovjet űrszondák sora kéttized másodperc ideig rendkívül nagyenergiájú, ún. kemény gamma-sugárzást észlelt, ez a sugárzás százszor erősebb volt a korábban mért legintenzívebb sugárzásnál. A rövid, kemény impulzust kisebb energiájú, ún. lágy gamma-sugárzás és röntgen-sugárzás követte, majd három perc alatt ezek a sugárzások is fokozatosan megszűntek. A sugárzás nem egyenletes csökkent, nyolc másodperc periódusidejű változást mutatott. 14 órával később újabb halvány röntgen-kitörést észleltek a korábbi sugárzások irányából. A következő négy évben a gondos orosz megfigyelők további 16 kitörést észleltek, intenzitásuk nem volt egyforma, de mindegyik gyengébb és rövidebb volt a március 5-i felvillanásnál.

Ilyen jelenségsorozattal korábban sohasem találkoztak a csillagászok. Gamma-kitöréseket észleltek már több alkalommal, de azok mindegyike egyszeri esemény, egyszeri sugárzás impulzus volt, GRB (gamma-ray bursts – gamma-sugár kitörések) néven szerepeltek az irodalomban. Az 1980-as évek közepén két további, az 1979. márciusihoz hasonló jelenségsorozatot észleltek. 1986-ban nevet is adtak nekik, ezek lettek a „lágy gamma ismétlők”, SGR – soft gamma repeaters).

Az 1979-es gamma-kitörés nagyon erős volt, ezért a forrását a közelünkben, maximum néhányszáz fényév távolságra keresték. A kutatók azonban arra jutottak, hogy a gamma-sugárzás egy másik galaxisból, a 170 ezer fényévre levő Nagy Magellán Felhőből indult. A pontos helymeghatározás szerint a sugárzás forrása egybeesett egy fiatal, kb. ötezer éve felrobbant csillag, egy szupernóva maradványaival. A forrás tehát ezerszer távolabb volt, mint kezdetben gondolták, ebből következően pedig sokkal intenzívebb volt a sugárzása, a kéttized másodperces kitörésben annyi energia szabadult fel, amennyit Napunk tízezer év alatt sugároz ki. Szokatlan volt a sugárzás spektruma is, a forrás nem sugárzott a teljes elektromágneses tartományban, az energia a gamma-sugárzásra koncentrálódott.

Nyilvánvaló, hogy egy normális, szokásos csillag nem viselkedhet így. Két furcsa képződményre gyanakodtak a szakemberek, fekete lyukakra és neutroncsillagokra. A fekete lyukakat kizárták a lehetőségek közül, mert az egyenletesen „működő” fekete lyuk nem képes 8 másodperces modulációt kelteni a sugárzásban. A neutroncsillag mellett szólt viszont az, hogy a gamma-kitörés forrása egy szupernóva helyére esett. A neutroncsillagok a nagyobb csillagok fejlődésének a végállapotai, a csillag fényes szupernóvaként felrobban, majd a gravitáció hatására a kiégett csillag anyaga mindössze 20-30 km átmérőjű égitestbe sűrűsödik össze. Égi viszonylatban ez rendkívül kis méret, a sűrűség viszont óriási, ezért az anyag neutronok formájában van jelen. A legtöbb neutroncsillag pulzárként viselkedik, a forgó csillag elektromágneses jeleket (rádióhullámokat, fényt, röntgen- vagy gammasugárzást) bocsát ki, ezt a Földön periodikusan észleljük.

Az 1979. márciusban feltűnt forrás utoljára 1983. májusban adott hírt magáról, azóta semmiféle sugárzást nem észleltek irányából. További három SGR adatait is számításba véve az amerikai Los Alamos kutatólaboratórium munkatársai furcsa párhuzamra figyeltek fel: a gamma-kitörések statisztikája a földrengésekéhez hasonló. Hasonló az energiák matematikai eloszlása, kisebb energiájú jelenségből van több. Miért viselkedik így egy neutroncsillag? A megfejtést a pulzárok tanulmányozása adta. A pulzárok mágneses terét a csillag belsejében folyó elektromos áramok hozzák létre, a mágneses tér együtt forog a pulzárral, a rádióhullámok a mágneses pólusnál lépnek ki. A legtöbb fiatal rádió pulzár mágneses tere százmillió – egy milliárd tesla erősségű.

Honnan származik a pulzár erős mágneses tere? A csillagok mágneses tere gyenge, viszont ha egy mágneses testet felére összenyomnak, akkor a mágneses térerősség a négyszeresére nő. A csillag összeomlásakor az összenyomódás kb. százezerszeres, tehát a mágneses tér a tízmilliárdszorosára nőhet. Az összenyomás mellett azonban más tényezőt is figyelembe kell venni. A csillag belsejében áramlik a gáz, meleg gáztömbök felemelkednek, hidegek lesüllyednek. A gáz plazmaállapotú, vagyis elektromos töltést hordoz, a mozgó elektromos töltések pedig mágneses teret keltenek. A mozgó gáz magával vonszolja a mágneses teret. Ez a dinamó akkor működik, ha elég gyorsan forog a mag, amelyben az áramlások zajlanak.

Szelíd Napunkban az áramló, mágneses erővonalait magával vonszoló gáz mozgási energiájának mintegy 10%-át adja át a mágneses térnek. Ha az újszülött neutroncsillagban is a mozgási energia 10%-át veszi át a mágneses tér, akkor a tér százmilliárd teslánál is erősebb lehet. Ha lenne egy ilyen erős mágnesünk és azt jó messze, a Föld – Hold távolság felezőpontjánál helyeznénk el, akkor is kihúzná a kulcsot a zsebünkből és letörölné a bankkártyánk mágnescsíkjában tárolt információt. Ez a mágneses tér ezerszer erősebb a rádió pulzárok mágneses terénél. Duncan és Thompson 1992-ben a magnetar – mágneses csillag (magnetic star) nevet adta az általuk leírt, feltételezett objektumoknak. Számításai szerint a magnetárokban a mágneses tér erőssége maximum tízbillió tesla lehet.

A magnetárok elméletet nem a lágy gamma ismétlők magyarázatára dolgozták ki, de hamar felismerték, hogy az SGR-ek valójában magnetárok. A mágneses tér erősen fékezi egy magnetár forgását, egy százmilliárd tesla erősségű tér alig ötezer év alatt már nyolc másodpercenként egy forgásra lassítja le a tempót. Ez éppen az a periódusidő, amit az 1979. márciusi kitörésnél megfigyeltek. A röntgen-sugarakat a mágneses tér mentén kiáramló elektromos áramok keltik. A mágneses tér a magnetár szilárd felszínén áthatolva meghajlítja, esetenként összetöri a szilárd felszínt, csillagrengések következnek be. Az iszonyúan erős mágneses tér feszültségeket okoz a kéregben, repedések, kidudorodások jönnek létre, a földrengés mintájára ezeket csillagrengéseknek nevezik. Idővel már a kisebb-nagyobb csillagrengések sem elegendőek a feszültség levezetésére, ekkor egy hatalmas rengés keretében az egész kéreg darabokra törik. Esetenként a mágneses tér instabillá válik, nagy mértékű átrendeződés követezik be. Elméleti számítások szerint a hatalmas gamma-kitörés első fél másodperce olyan, mintha egy táguló tűzgömbből eredne. Duncan és Thomson számításai szerint a tűzgömb egy részét a mágneses tér csapdába zárta, a csillag közelében tartotta. Ez a tűzgömb fokozatosan lehűlt, elpárolgott, röntgen-sugázást bocsátott ki. Kiszámították, hogy a tűzgömb hatalmas nyomásának ellensúlyozására tízmilliárd teslánál erősebb mágneses tér kellett, ez nagyon jól egyezik a forgássebesség változásából számított térerősséggel. A hatalmas térerősség különös következményekkel jár, a röntgen-fotonok kettéválnak vagy összeolvadnak, a vákuum polarizálódik, az atomok vékony, hosszúkás hengerekké torzulnak. A rengésben mágneses energia is felszabadul, ez sűrű elektron és pozitron felhőt hoz létre, az anyag-antianyag párok annihilációjának következménye az SGR-ek nevében is szereplő lágy gamma-sugarak megjelenése.

A magnetárok erősen változnak, ezt igazolják a megfigyelések. Évekig, évtizedekig nem adnak hírt magukról, majd jön egy hirtelen kitörés és az aktivitás évei, majd újra csend. A Tejútrendszerben akár milliószámra rejtőzhetnek öreg magnetárok.

Print Friendly, PDF & Email

Hozzászólások

Egy hozzászólás van ehhez: “Magnetárok – mágneses csillagok”


  1. Meg szeretném kérdezni , hogy
    “RÁDIŐAMATŐR”módszerekkel érzékel-
    hetőek lennének e a Pulzárok –
    Magnetárok , vagy ne is kísérletez-
    zek ?

    Hozzászóló: Sluch György | 2019. november 26., 11:02

Szóljon hozzá!



Archívum

Hirdetés