Egy erős mágneses terű neutroncsillag kitörése során annyi nehéz elem – például arany, platina és urán – jött létre, ami kitöltene egy teljes, Mars méretű bolygót. A meglepő eredményt egy amerikai és cseh csillagászokból álló kutatócsoport jelentette be: „Ez a második alkalom, hogy közvetlen bizonyítékot látunk arra, honnan származnak ezek az elemek.” – mondja Brian Metzger (Columbia University).
A legtöbb, hidrogénnél és héliumnál nehezebb elem csillagok magjában jön létre. A csillagok azonban nem képesek a vasnál nehezebb elemek előállítására, így ezek többsége a csillagokon kívül keletkezik gyors neutronbefogás, vagyis az úgynevezett r-folyamat során (ahol az „r” a rapid, vagyis gyors rövidítése). Ez kizárólag rendkívül nagy energiájú eseményeknél fordul elő.
Ilyen esemény például a neutroncsillagok összeolvadása. Erre először 2017-ben láttunk bizonyítékot, amikor a LIGO és a Virgo obszervatóriumok észlelték egy neutroncsillag-összeolvadás gravitációs hullámait. Az ütközés elektromágneses sugárzásában olyan anyagok spektrumvonalai látszottak, mint például az arany.
Más ígéretes események, például a nagy tömegű csillagok halála, a szupernóva-robbanás azonban nem hozott hasonló eredményt: amikor Peter Blanchard (Northwestern University) kutatócsoportja a valaha észlelt legfényesebb gammakitörés, a GRB 221009A, és az azt előidéző szupernóva-robbanás maradványának vizsgálatába fogott, csak szén és oxigén nyomait találta. Úgy tűnt, hogy még a nagyon nagy energiájú GRB-k (gammasugár-kitörések) sem képesek a periódusos rendszer legalsó soraiban lévő nehéz elemek tömeges létrehozására.
Ez azért probléma, mert sok szakember szerint a neutroncsillag-összeolvadások túl ritkák és túl távoliak ahhoz, hogy ezek legyenek a nehéz elemek kizárólagos forrásai.
Jakub Cehula (Károly Egyetem), Todd Thomson (Ohio State University) és Metzger más lehetőségeket keresett. A neutroncsillagok egy bizonyos típusára, a magnetárokra fordították a figyelmüket, amelyek mágneses terének erőssége a Világegyetemben ritkaságnak számít. A Nap mágneses kitöréseihez hasonló, de annál sokkal erősebb magnetárkitörések elképesztő energiákat szabadítanak fel. A számítások szerint ezek a heves robbanások kilökhetik az űrbe a neutroncsillag anyagát, ami a fent említett r-folyamattal rövid ideig megfelelő feltételeket teremt a nehéz elemek kialakulásához.
Ahhoz, hogy az r-folyamat végbemenjen, a közepes méretű atommagokat neutronokkal kell bombázni, hogy gyorsan neutronokban gazdag, nehéz és instabil izotópokká alakuljanak. Ezek az izotópok könnyebb, de még mindig nagy tömegű atommagokra bomlanak, amelyek már stabilak, beleértve az olyan elemeket, mint az arany, a platina vagy a ritkaföldfémek. A kutatók szerint egy magnetárkitörést követően ez a bomlás néhány perc alatt lezajlik, és a folyamat során a bomló atommagok elektromágneses sugárzást bocsátanak ki – ezt az árulkodó jelet kell keresnünk.
„Miután kiszámítottuk a gammasugárzás mértékét, kollégám és társszerzőm, Eric Burns átnézett néhány, 20 évvel ezelőtt megjelent cikket, és azt találta, hogy hasonló jelet már korábban is megfigyeltek, de akkor nem találtak rá magyarázatot.” – emlékszik vissza Anirudh Patel (Columbia University), az Astrophysical Journal Letters című szaklapban megjelent tanulmány vezető szerzője.
Az Európai Űrügynökség INTEGRAL elnevezésű gammasugár-teleszkópja és más műholdak is észlelték az SRG 18066-20 jelű magnetár hatalmas kitörését 2004. december 27-én. Az elmúlt 50 évben csupán három ilyen esemény ment végbe a Tejútrendszerben. Annak ellenére, hogy tőlünk 30 ezer fényévre következett be, a kitörés elég erős volt ahhoz, hogy hatással legyen a Föld légkörének legfelső rétegeire. Az INTEGRAL néhány perccel a kitörés után egy halvány utófénylést is megfigyelt, amit a csillagászok akkor nem tudtak megmagyarázni. 2024-ig senki nem gondolt arra, hogy a jelet radioaktív bomlás okozhatja: „Az elméleti modellünk tökéletesen megfelelt az adatoknak.” – mondja Patel.
Blanchard, aki nem vett részt a kutatásban szintén meggyőzőnek tartja a bizonyítékot. „Ez nagyban hozzájárulna ahhoz, hogy az r-folyamat létrejöttének rejtélye legalább részben megoldódjon, feltéve, hogy más eredmények a jövőben megerősítik ezt az elméletet.” – teszi hozzá.
Patel elismeri, hogy egyetlen pontosan dokumentált kitörés még nem elég ehhez, de a kutatók már a következő megfigyelést tervezik. Remélik, hogy a NASA Compton Spectrometer and Imager űrtávcsöve, amelyet a tervek szerint 2027-ben bocsátanak fel, érzékelni fogja a bomlás jeleit a jövőbeni magnetárkitörések izotópjainak gammasugárzásában. Ezeknek az adatoknak hála lehetővé válna a létrejött atommagok azonosítása, amire az INTEGRAL nem képes. Eddig az arany, a platina és más elemek jelenlétére csak a kibocsátott teljes spektrum alapján következtethettünk.
Más lehetőség is lesz az ilyen események megfigyelésére. „Szerintünk a nagy kitörésekben létrejövő nehéz elemek UV vagy optikai jeleket is kisugározhatnak.” – teszi hozzá Patel. „Ezeket a jeleket a jövőbeni teleszkópok, például az ULTRASAT és az UVEX képes lesz észlelni.” Mindkét műszer ultraibolya tartományban érzékeny, és 2026-ban az Izraeli Űrügynökség, illetve 2030-ban a NASA fogja felbocsátani őket (amennyiben a 2026-os NASA-költségvetésben még benne marad a UVEX). Ha a jövőbeni megfigyelések meg is erősítik az eredményeket, a történet még tartogat számunkra fejleményeket. Az SGR 1806-20 esete azt mutatja, hogy a magnetárkitörések az összes r-folyamatnak csupán legfeljebb 10 százalékáért felelnek. „Ez egy jelentős ugrás a nehéz elemek létrejöttének kutatásában.” – mondja Metzger. Ugyanakkor elismeri: „nem zárhatjuk ki, hogy létezhetnek olyan eshetőségek, amiket még nem láttunk.”
Forrás: https://skyandtelescope.org/astronomy-news/priceless-flares-magnetars-can-make-gold-and-platinum/
A kutatás eredményeit ismertető tanulmány: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adc9b0
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet