A James Webb Űrteleszkóp (JWST) segítségével a csillagászok véget vetettek egy több évtizedes égi bújócskának, miután felfedeztek egy neutroncsillagot egy híres szupernóva-maradványban. Az 1987A katalógusnevű objektum egy olyan felrobbant csillag maradványait tartalmazza, amelynek tömege egykor a Nap tömegének mintegy nyolc-tízszerese lehetett. A maradvány körülbelül 170 ezer fényévre található a Nagy Magellán-felhőben, a Tejútrendszer egyik szomszédos törpegalaxisában.

Az 1987A szupernóvát 37 évvel ezelőtt, 1987-ben észlelték először a csillagászok, innen ered a nevében szereplő szám. A szupernóva felrobbanásakor először neutrínóknak nevezett részecskék árasztották el a Földet, majd látható fényben is láthatóvá vált. Az elmúlt közel négy évszázadban ez volt a legközelebbi és legfényesebb szupernóva, amelyet a Föld éjszakai égboltján detektáltak.

Ezek az elemek aztán a csillagok és bolygók következő generációjának építőköveivé válnak, és olyan molekulákká állhatnak össze, amelyek egy napon az általunk ismert élet szerves részeivé léphetnek elő. Ezek a robbanások ugyanakkor kompakt csillagmaradványokat is hátrahagynak neutroncsillagok vagy fekete lyukak formájában, és a csillagászok felfedezése óta mostanáig nem tudták megfejteni, hogy ezek közül melyik rejtőzhet az 1987A maradvány szívében.

„Hosszú ideje kerestük a bizonyítékot arra, hogy a Supernova 1987A gáza és pora mélyén egy neutroncsillag van” – mondja Mike Barlow, a felfedezésért felelős csapat egyik tagja, az eredményekről beszámoló Science-tanulmány egyik szerzője. „Most végre megvan a bizonyíték, amire vártunk.”

Égi bújócska

A neutroncsillagok akkor születnek, amikor a nagy tömegű csillagok kimerítik a magjukban zajló fúzióhoz szükséges készleteiket. Ez elvágja az e csillagok magjából kifelé áramló energiautánpótlást, amely megakadályozza, hogy saját gravitációjuk alatt összeomoljanak.

Ahogy a csillagmag összeomlik, hatalmas robbanások szaggatják szét az égitest külső rétegeit, amelyeket gyakorlatilag levet magáról a csillag. A folyamat eredményeként egy „halott” csillag marad hátra, amely akkora, mint egy átlagos város, de a tömege körülbelül egy-kétszerese a Napénak.

A neutroncsillagokat a neutronok között fellépő kvantumhatások óvják meg a teljes összeomlástól. Ezt az úgynevezett neutron degenerációs nyomást le lehet győzni, ha a csillagmag elegendő tömeggel rendelkezik, vagy ha a neutroncsillag a keletkezése után még több tömeget halmoz fel. Ez egy fekete lyuk születését eredményezheti, ha azonban nem éri el a tömegminimumot, akkor ez nem fog megtörténni.

A szakértők egy ideje eléggé biztosak voltak abban, hogy az 1987A jelű objektum közepében egy neutroncsillag van, de azt sem tudták teljesen kizárni, hogy ez a mi szempontunkból frissen elpusztult, valójában körülbelül 170 ezer évvel ezelőtt felrobbant csillag elég tömeget gyűjtött össze, hogy fekete lyukká alakuljon át.

„Az is egy lehetőségnek tűnt, hogy a környező anyag a neutroncsillagba zuhant, és így fekete lyukká omlott össze. Tehát a fekete lyuk is egy lehetséges alternatív forgatókönyv volt” – mondja Barlow. A szakértő azt is hozzátette, hogy ugyanakkor az a színkép, amely a felé hulló anyagot jellemzi, ezt kevésbé teszi valószínűvé, mint a neutroncsillagos szcenáriót.

Forrósodó helyzet

Az újonnan azonosított neutroncsillag 37 éven át sikeresen bujkált az észlelők elől, mivel „újszülöttként” vastag gáz- és porfátyol vette körül, amelyet a szupernóva robbanása hozott létre. „Az észlelést akadályozta az a tény, hogy a szupernóva a robbanást követő években mintegy fél naptömegnyi por vette körül” – mondja Barlow. „Ez a por pedig elfedte az 1987A nevű szupernóva-maradvány középpontjából kiinduló sugárzást.”

A por ugyanakkor sokkal kevésbé hatékonyan blokkolja az infravörös fényt, mint a látható fényt, így a szakértők segítségül hívták az eddigi legerősebb infravörös távcső, a James Webb műszereit. Különösen a középső infravörös tartományban működő eszköz és az infravörösközeli spektrográf bizonyult hasznosnak abban, hogy átlássanak poron és megpillantsák, mi rejtőzik annak mélyén.

Ezek az elemek ionizáltak, ami azt jelenti, hogy atomjaikról elektronok hasadtak le. Barlow elmondása szerint ez az ionizáció csak egy neutroncsillag által kibocsátott sugárzás hatására következhetett be. A mérések lehetővé tették a kutatócsoport tagjai számára, hogy megbecsüljék a rejtőzködő neutroncsillag fényességét, és megállapították, hogy az a Nap fényességének körülbelül egytizede lehet.

Új kérdések

A csapat tehát feltárta, hogy 1987A jelű szupernóva-robbanásban egy neutroncsillag jött létre, de ezzel még nem oldódott meg az égitest minden rejtélye. az argon és a kén ionizációja ugyanis kétféleképpen is történhetett. Az egyik lehetőség, hogy a gyorsan forgó neutroncsillag által magával sodort és közel fénysebességre gyorsított töltött részecskék szele kölcsönhatásba léphetett a környező szupernóva-anyaggal, és ez okozta az ionizációt. A másik opció, hogy a forró neutroncsillag millió fokos felszíne által kibocsátott ultraibolya és röntgensugárzás hántotta le az elektronokat a csillagmaradvány anyagának atomjairól.

Ha az előbbi forgatókönyv a helytálló, akkor az 1987A maradvány szívében lévő neutroncsillag valójában egy pulzár, amelyet egy pulzárszél-köd vesz körül. (A pulzárok gyakorlatilag gyorsan forgó neutroncsillagok.) Ha pedig az utóbbi forgatókönyv a helyes magyarázat recept az észlelt emissziós adatokra, akkor ebben a közeli szupernóva-robbanásban egy „csupasz” neutroncsillag keletkezett, amelynek a felszíne közvetlenül az űrnek van kitéve.

„Van egy programunk, amely most is gyűjti az adatokat, így a közeli infravörös tartományban nemsokára három-négyszeres felbontású adatokat fogunk kapni. Ezen új adatok alapján remélhetőleg már el tudjuk majd dönteni, hogy a két modell közül melyik áll közelebb a valóságos adatokhoz” – mondja a szakértő.