Eleonóra
-1 °C
2 °C

Gammakitörések gammasugárzás nélkül?

2010.01.28. 13:31 Módosítva: 2010-01-28 13:36:05
Egy nemzetközi kutatócsoport két szupernóvát talált, amelyek rádiósugárzása relativisztikus anyagsugarak kidobódására utal. Ez fontos információt ad a rejtélyes gammavillanások és a szupernóvák kapcsolatáról. A tekintélyes Nature-ben megjelent cikk vezető szerzője magyar csillagász.

Az SN 2007gr jelű szupernóvát megfigyelő nemzetközi kutatócsoportot Paragi Zsolt (Joint Institute for VLBI in Europe, JIVE, Hollandia) vezette. Nekik sikerült először bizonyítékot találniuk rádiósugárzó relativisztikus sebességű plazmanyalábokra (úgynevezett jetekre) egy Ic típusú szupernóvában.

Működési élettartamuk végén a kellően nagy tömegű csillagok magja gravitációsan összeroppan, külső rétegeik pedig robbanásszerűen ledobódnak. Ilyenkor a szupernóvák rövid ideig hatalmas teljesítménnyel sugároznak, és a távoli galaxisokban történő hirtelen felfénylést földi teleszkópokkal is megfigyelhetjük. A 2007-ben felfedezett SN 2007gr a látható fény tartományában mutatott fényességváltozása és színképe alapján a szupernóvák Ic típusába tartozik, egy igen nagy tömegű csillag végállapotát jelenti.

A legtöbb szupernóva rádiósugárzása gyenge, ráadásul gyorsan halványodik. A mostani jelenség megfigyelése szempontjából fontos volt, hogy a robbanás szerencsére egy viszonylag közeli galaxisban történt. Ezért a belőle érkező rádiósugárzás jól detektálható volt. Másrészt a közelség miatt nagyobb esély volt a tágulást kimutatni, még a rádiósugárzás végső elhalványodása előtt.

A tőlünk messze levő csillagok látszólagos mérete igen apró, ezért a szupernóva-jelenség térbeli részleteinek megfigyeléséhez rendkívül jó szögfelbontásra képes eszközre volna szükség. Ilyet nyújt a csillagászoknak az egymástól távol levő rádiótávcsövek összehangolt működésén alapuló VLBI (Very Long Baseline Interferometry, nagyon nagy bázisvonalú interferometria) technika. Működésének alapelve, hogy az akár több ezer kilométer távolságban elhelyezett antennákkal egyidőben ugyanazt a rádióforrást figyelik meg az égen, utána pedig az adatokat számítógéppel kombinálják. Így akkora felbontást lehet elérni, mint egy olyan képzeletbeli teleszkóppal, amelynek az átmérője megegyezik az antennarendszer elemei közti legnagyobb távolsággal.

A VLBI technika hagyományos, az 1960-as évek vége óta működő formájában nem igazán alkalmas a gyors munkára. Egyrészt a megfigyelések megtervezése, megszervezése sok időt igényel. A távoli antennáknál mért jeleket mágneses adathordozókra rögzítik és összegyűjtik. Csak jóval később tudják visszajátszani a méréseket egy számítógépközpontban, ahol utólag állítják elő az interferenciát. A váratlanul bekövetkező, gyors lefutású égi jelenségek, mint a szupernóva-robbanások megfigyelése ezért ezzel a módszerrel ha nem is teljesen lehetetlen, de nehezen kivitelezhető.

Ezen segít a legújabb, elektronikus VLBI-nek (e-VLBI) nevezett technika. A módszer alkalmazásának egyik úttörője az Európai VLBI Hálózat és a JIVE. Az e-VLBI esetén a mérések alatt a távoli rádióantennák közvetlen, szélessávú összeköttetésben állnak az adatfeldolgozó központtal. Így az interferenciát azonnal, valós időben elő lehet állítani, s az eredmények is rövid időn belül megkaphatók. Az e-VLBI megfigyelések összehangolása is sokkal szervezettebb, így a hálózat könnyebben "hadra fogható" hirtelen felbukkanó égi célpontok esetén.

Az SN 2007gr első, 2007. szeptember 6-7-én végrehajtott e-VLBI megfigyelésében részt vevő európai rádiótávcsövek és az adatfeldolgozó központ (JIVE)
Az SN 2007gr első, 2007. szeptember 6-7-én végrehajtott e-VLBI megfigyelésében részt vevő európai rádiótávcsövek és az adatfeldolgozó központ (JIVE)

Az SN 2007gr esetében az e-VLBI segítségével sikerült a szupernóva felfedezése utáni 22 napon belül elvégezni és értelmezni az első, nagy felbontást nyújtó rádió-interferométeres megfigyeléseket. Kiderült, hogy a szupernóva még mindig látható a rádiótartományban. Ezek után az amerikai Green Bank rádiótávcső bevonásával további, még nagyobb felbontást és érzékenységet biztosító mérések következtek. Mindezek alapján világossá vált, hogy a szupernóva anyagának - pontosabban a kirepülő anyag egy kis részének - a tágulási sebessége meghaladja a fénysebesség felét is.

Eltekintve a rádiósugárzásától, az SN 2007gr egy teljesen szokványos Ic típusú szupernóva volt. Az ilyenekről egy ideje sejtik, hogy némelyikükben szimmetrikus, egymással átellenes irányban kirepülő, keskeny nyalábok lehetnek. A mostani eredmények arra utalnak, hogy talán minden ilyen szupernóvában létrejönnek a kétirányú jetek. A különbség az, hogy a sebességük és energiájuk messze nem egyforma - miközben magának a szupernóva-robbanásnak a teljes energiája többé-kevésbé jól meghatározott. Ez jelentheti a kapcsolatot a még fényesebb, a legnagyobb energiájú elektromágneses hullámhossz-tartományban is sugárzó gammafelvillanásokkal - legalábbis egyik fajtájukkal. A jelenlegi elképzelések szerint ugyanis a hosszú lefutású gammakitörések szintén nagy tömegű csillagok összeomlása során keletkeznek.

Az SN 2007gr első e-VLBI detektálása (színes kép) és a két hónappal később, az Európai VLBI Hálózat és a Green Bank-i rádiótávcső (USA) részvételével készített kép (fekete kontúrvonalakkal). A két megfigyelés közt eltelt idő elég volt ahhoz, hogy a szupernóva rádiósugárzása pontszerűből kiterjedtté váljon. A távolság ismeretében a tágulás sebességét is meg lehetett határozni, ami a fénysebesség 60%-ának adódott.
Az SN 2007gr első e-VLBI detektálása (színes kép) és a két hónappal később, az Európai VLBI Hálózat és a Green Bank-i rádiótávcső (USA) részvételével készített kép (fekete kontúrvonalakkal). A két megfigyelés közt eltelt idő elég volt ahhoz, hogy a szupernóva rádiósugárzása pontszerűből kiterjedtté váljon. A távolság ismeretében a tágulás sebességét is meg lehetett határozni, ami a fénysebesség 60%-ának adódott.

A fő különbség az Ib/c típusú szupernóvák és a gammakitörések közt az, hogy míg az előbbiek inkább a látható fényben, addig az utóbbiak a gamma- és röntgentartományban sugároznak a legnagyobb teljesítménnyel. Arra eddig is voltak jelek, hogy a gammafelvillanások esetén olyan jetekről lehet szó, amelyek hatalmas energiájukat a frissen kialakult központi fekete lyukba vagy neutroncsillagba hulló anyagból nyerik. Ráadásul a jetek a térben úgy helyezkednek el, hogy közel a látóirányunkba mutatnak. Ezért látjuk sugárzásukat annyira felerősödni. Egészen mostanáig ugyanakkor nem sikerült közvetlenül is kimutatni ilyen objektumoknál a relativisztikus sebességű tágulást.

Az e-VLBI technika kifejlesztését az Európai VLBI Hálózatnál az EU 6. kutatás-fejlesztési keretprogramja (EXPReS projekt) támogatta. Paragi Zsolt részt vesz a kompakt extragalaktikus rádióforrások vizsgálatát célzó itthoni OTKA kutatásokban is.