Hihetetlen tulajdonságokkal bíró égitestek: a neutroncsillagok

1967-ben a manchesteri Cavendish Rádióobszervatórium munkatársai szabályosan ismétlődő, pulzáló és bizonyítottan a világűrből érkező rádiójeleket észleltek, melyekre kezdetben nem találtak természetes magyarázatot, így felmerült, hogy idegen értelmes lények rádióüzeneteit vették. Ám nemsokára a világegyetem egy másik térrészéből, de ugyanazon a frekvencián érkező rádiójeleket fogtak. S mivel valószínűtlen volt, hogy két idegen civilizáció ugyanabban az időpontban ugyanazon a frekvencián sugározzon rádiójeleket, elvetették a mesterséges forrás lehetőségét. Majd 1968 januárjában négy további pulzáló rádióforrásra bukkantak, melyeket ekkor neveztek el pulzároknak, később pedig kiderült, hogy ezek az égitestek a neutroncsillagok egy sajátos csoportját képezik. De mik is a neutroncsillagok?

Az óriáscsillagok élete végén magjuk az egymást követő termonukleáris fúziók révén tömör vassá alakulnak át. A magban azonban nincs elég magas hőmérséklet és nyomás a vasatomok egymásba préseléséhez, ezért leáll a termonukleáris fúzió, így megszűnik a magból kifelé ható sugárnyomás, mely ellensúlyozza a csillag külső rétegeinek a befelé ható gravitációs nyomását. Emiatt az utóbbiak rázuhannak a magra, nagyon gyorsan hatalmasra emelkedik a nyomás és a hőmérséklet, újból és viharos ütemben beindul az atommagok egyesülése, s megszületnek a vasnál nehezebb elemek, miközben az égitest burkai lerobbannak a csillag magjáról, és szerterepülnek a térben, a magot pedig összeroppantja az óriási gravitációs nyomás. Ezt a folyamatot nevezzük 2-es típusú szupernóva-robbanásnak. Ha a csillag tömege eredetileg több mint harminc naptömeget tett ki, akkor a mag fekete lyukká omlik össze, ha viszont 8 és 30 naptömeg közötti volt a csillagtömeg, akkor a magból neutroncsillag képződik.

Az összeroppanás során mindössze 10, 20, 30 km átmérőjűre zsugorodnak, akkorára, mint egy nem nagy földi város, miközben a tömegük meghaladja a Napét, többségüké 1,4-szer, ám felfedeztek már 1,94, 2,01, 2,3, illetve 2,74 naptömegűt is. De milyen a belsejük? Egy átlagos, 1,5 naptömegnyi, 20 km átmérőjű neutroncsillag héjas szerkezetű. A legfeljebb egy méter vastag, forró plazmából álló légkör alatt, a felszínen kristályszerkezeteket alkotó vasatommagok és szabad elektronok találhatók. Egy-két kilométer mélységig a kristályos vas­atommagok szabad elektronokkal és neutronokkal keverednek. Még mélyebben pedig egyre csökken a vasatommagok száma, és egyre nő a tisztán neutronokból álló atommagok aránya. Ugyanis a hatalmas gravitációs nyomás miatt a protonok és az elektronok egymásba préselődnek, neutronokká válnak, és az égitest nagy része neutronok összességévé alakul át. (Ezért nevezzük neutroncsillagoknak ezeket az objektumokat.) Kicsiny térrészbe összezsugorodott anyaguk olyan sűrűvé és nehézzé válik, hogy egy teáskanálnyi neutroncsillag-anyag a földi gravitáció mellett több milliárd tonnát nyomna. Az égitest tömegvonzása pedig olyan hatalmas, hogy ha egy ember zuhanna rá, az óriási gravitációs erő miatt esés közben akkorára nőne a súlya, hogy az így megnőtt mozgási energiája felszabadulása – az ütközés – során 200 megatonna erejű robbanást idézne elő az égitest felszínén. Mintha egy jókora aszteroida csapódna bele egy Föld típusú bolygóba… További érdekesség, hogy az egykori óriáscsillag magjának a perdülete és mágneses tere az összeroppanás után sem változhat meg, ám mivel a mag kicsiny térrészbe préselődik, a mágneses tér ereje hatalmasra nő, akárcsak a perdület, ezért ezek a csillagok óriási mágneses erőtérrel rendelkeznek, és szédítő sebességgel forognak, forgási sebességük a percenkénti 43 ezer fordulatot is elérheti.

Ugyancsak megfigyelték, hogy a szupernóva-robbanás után a létrejött neutroncsillag másodpercenkénti több száz, ritkán 1000 kilométeres sebességgel kezd elszáguldani a robbanás helyétől. Ennek okáról két elmélet is született. Az egyik szerint a magyarázat a szupernóva nem gömbszimmetrikus alakjából következik. A hipotézis szerint amikor a mag az összeroppanás után hirtelen visszapattan, lökéshullámai pedig elérik az összeomló csillag külső rétegeit, és lerobbantják azokat, a lökéshullámok más-más sűrűségű rétegekbe ütköznek, így a kirepülő tömegek eloszlása is aszimmetrikus lesz, a megszülető neutroncsillag pedig – a rakétaelvnek megfelelően – a legnagyobb tömegkidobódás irányával ellentétes irányba kezd száguldani. A másik elmélet az elemi részecskék közé tartozó neutrinókban keresi a megoldást. Eszerint a mag összeroppanásakor keletkező hatalmas hőmennyiség energiáját a neutrinók viszik magukkal, s a mágneses tér irányába több repül ki, mint az ellentétes irányba. Ez azonban csak a különösen erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok, az ún. magnetárok esetében biztosíthat elegendő tolóerőt az égitestek száguldásának az előidézéséhez.

S most térjünk vissza a pulzárokhoz. Ezek olyan neutroncsillagok, melyek mágneses tengelye nem esik egybe az égitestek forgástengelyével, és igen gyorsan pörögnek, forgási periódusuk egy másodperctől egy ezredmásodpercig terjed. Amikor pedig a mágneses pólusaik éppen a Föld felé néznek, gyors elektromágneses impulzusokat lőnek felénk, szabályos időközönként, amelyek éppúgy lehetnek rádióhullámok, mint röntgen-, gamma-, sőt infravörös sugarak. Végezetül pedig szólnunk kell arról, hogy egymás körül pörgő neutroncsillagok összeolvadásáról is vannak bizonyítékaink, ám hogy mi lesz az összeolvadó pulzárokból, ahhoz további kutatásokra van szükség.  

Lajos Mihály