Egy új kutatás olyan elméleti folyamatokat vizsgál, amelyekben egy fehér törpe összehúzódik, majd neutroncsillaggá válik.
Alternatív lehetőségek
Tudjuk, hogy neutroncsillag egy nagy tömegű csillag magösszeomlásos szupernóva-robbanása során keletkezik. Elméletileg azonban ezek az égitestek akkréció által vagy egyesüléssel kiváltott összeomlás során is létrejöhetnek. Ebben az esetben szükség van egy fehér törpére, vagyis egy kis vagy közepes tömegű csillag magjára. Ha egy fehér törpe tömege túl naggyá válik, vagy azért, mert gázt von el a társcsillagától (akkréció), vagy azért, mert összeolvad egy másik fehér törpével, bizonyos feltételek mellett neutroncsillaggá omolhat össze.
A kutatók ezidáig nem tudtak határozottan összekapcsolni egy tranziens jelet sem egy összeomló fehér törpéből kialakuló neutroncsillaggal, bár több jelöltjük is van. Ahhoz, hogy előrelépést érjenek el, meg kell érteniük az összeomlás folyamatának részleteit, és tudniuk kell megjósolni annak elektromágneses jeleit.
Az összeomlás folytatódik
Eirini Batziou (Max Planck Institute for Astrophysics) és munkatársai megvizsgálták a nukleoszintézis-robbanást, amely talán egy fehér törpe összeomlását követi, és táplálhat egy elektromágneses tranzienst. A kutatók kétdimenziós hidrodinamikai szimulációkat futtattak le hat olyan fehér törpén, amelyek a neutroncsillaggá való összeomlás küszöbén állnak. Minden szimulációban változtattak a fehér törpe tömegén, központi sűrűségén, forgási sebességén és impulzusmomentum-profilján. A modellezett égitestek közül kettő tömege nagyon közel volt a Chandrasekhar-határhoz, vagyis ahhoz a kritikus tömeghez, amely felett egy fehér törpe már nem képes fenntartani magát, és felrobban. A többi modellezett égitest tömege nagyobb volt.
Az összes modell-égitest akkor kezdett összeomlani, amikor a gravitáció arra kényszerítette a csillag elektronjait, hogy behatoljanak az atommagokba, megfosztva az égitestet az elektron-degenerációs nyomás támogatásától. A fehér törpék magja ekkor összezsugorodott, proto-neutroncsillaggá sűrűsödött, míg a külső rétegeik bezuhantak, majd visszapattantak.
Színpadra lépnek az újszülött elemek
A szimulációk azt mutatják, hogy a forgó és nem forgó fehér törpék eltérő végzettel néznek szembe, amikor összeomlanak. A nem forgó fehér törpék minden irányba dobnak le anyagot, míg gyorsan forgó társaik hajlamosabbak széles kiáramlások formájában a pólusaiknál megszabadulni az anyagtól. A gyorsan forgó fehér törpék egyenlítőjét egy anyagtórusz veszi körül, amely a kialakulóban lévő neutroncsillagot táplálja.
A két eltérő forgatókönyv a kibocsátott anyag mennyiségére és a neutrínók létrejöttére is hatással van. A különbségek végső soron ellentétes viselkedéshez vezetnek: a nem forgó fehér törpék esetében a kilövellt anyag kezdetben neutronokban gazdag, ami később átmegy protonokban gazdag kiáramlásba, míg a forgó fehér törpék esetében a kilövellés protonokkal teli, és később válik neutronokban gazdaggá. Eszerint a gyors neutronbefogás során létrejött elemek, mint például az arany, létrejöhetnek akkor is, amikor a fehér törpék neutroncsillaggá válnak, és ez a folyamat észlelhető elektromágneses sugárzást táplál.
Ezek a szimulációk az elsők, amelyek megmutatják, mi történik azután a pillanat után, hogy az összeomló fehér törpe külső rétegei lepattannak a központi proto-neutroncsillagról: a fényes anyagkidobódást, a neutrínók keletkezését és a nukleoszintézist. A jövőben a kutatók még mélyebbre ásnak az elemek keletkezésének történetébe, és igyekeznek megjósolni ezen események fényességét, valamint feltárni, hogy milyen szerepet játszanak a folyamatban a mágneses terek.
Az eredményeket ismertető szakcikk: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adc30
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet