Az univerzum tele van megmagyarázhatatlan jelenségekkel, melyek újra és újra próbára teszik a tudósok képzeletét és tudását. E kozmikus rejtélyek közül talán kettő a leginkább izgalmas és elgondolkodtató az utóbbi időben: a magnetárok és a gyors rádiókitörések (FRB). Sokáig önálló entitásoknak gondoltuk őket, mára azonban egyre inkább világossá válik, hogy e két jelenség szorosan összefonódik, talán egyazon titokzatos kozmikus tánc részei. De mi is pontosan ez a kapcsolat, és mit árul el nekünk az univerzum működéséről?
Mi is az a magnetár?
Képzeljünk el egy égitestet, ami annyira sűrű, hogy egy teáskanálnyi anyaga több milliárd tonnát nyom. Ez az extrém sűrűség csak egy a neutroncsillagok elképesztő tulajdonságai közül, melyek hatalmas csillagok szupernóva robbanása után visszamaradt, összeroppant magjai. Nos, a magnetárok ezeknek a neutroncsillagoknak egy különleges, még extrémebb osztályát képviselik. Fő jellemzőjük, ahogy a nevük is sugallja, a hihetetlenül erős mágneses mező. Ahhoz, hogy érzékeltessük ezt a gigantikus erőt, gondoljunk arra, hogy egy földi hűtőmágnes mágneses tere nagyjából 0,01 Tesla. Egy magnetár mágneses tere ezzel szemben milliárd milliárd Teslában mérhető! Ez az elképesztő mágneses tér képes deformálni az égitest kérgét, és amikor ez a feszültség felszabadul, hatalmas energiakitörésekkel jár, melyeket gammasugár- és röntgensugár-villanások formájában észlelünk. Ezek a villanások, bár drámaiak és rendkívül erősek, rendszerint néhány másodpercig tartanak, és eddig viszonylag ritkán fordultak elő.
A rejtélyes gyors rádiókitörések (FRB)
A magnetárok viszonylagosan jól ismertek a tudomány számára, ám a gyors rádiókitörések egy egészen más kategóriába tartoznak. Ezek a millimásodperces időtartamú, intenzív rádiójelek az űrből érkeznek hozzánk, és az első ilyen eseményt 2007-ben fedezték fel. A kezdeti megfigyelések óta több száz FRB-t észleltek, de a legtöbbjük csak egyszer jelent meg. Pár esetben azonban megismétlődő FRB-ket is sikerült azonosítani, ami még inkább bonyolította a helyzetet. Honnan származnak ezek a jelek? Mi okozza őket? Hosszú ideig a csillagászok a legkülönfélébb elképzelésekkel álltak elő, a távoli galaxisokban zajló kataklizmatikus eseményektől kezdve egészen a földönkívüli civilizációk kommunikációjáig.
Az FRB-k legnagyobb rejtélye a forrásuk távolsága. A rádióhullámok diszperziójából (azaz a különböző frekvenciájú hullámok eltérő terjedési sebességéből) következtetni lehet a jel által megtett útra és az útjába eső szabad elektronok számára. Ez a diszperziós mérték azt mutatja, hogy az FRB-k rendkívül nagy távolságokból érkeznek hozzánk, több milliárd fényévre lévő galaxisokból. Ez egyben azt is jelenti, hogy a jel forrásának kivételesen erősnek kell lennie ahhoz, hogy ilyen hatalmas távolságokból is észlelhető legyen.
Az áttörés: FRB és magnetár kapcsolat
A fordulat 2020 áprilisában következett be, amikor a kanadai CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) és a kaliforniai STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) teleszkópok egyidejűleg észleltek egy gyors rádiókitörést (FRB 200428), mely a Tejút galaxisunkon belülről, egy SGR 1935+2154 jelű magnetártól származott. Ez volt az első alkalom, hogy egy FRB-t egy ismert forrással, ráadásul egy magnetárral azonosítottak. Az esemény rendkívül izgalmas volt, hiszen a földi távolságból, mindössze 30 000 fényévre lévő magnetár röntgensugár-kitörést és egy rádiókitörést is produkált egyszerre. Ez a megfigyelés gyökeresen megváltoztatta az FRB-kről alkotott képünket, és erős bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy legalábbis néhány gyors rádiókitörés forrása a magnetárok rendkívüli aktivitása.
Hogyan magyarázza a magnetár elmélet az FRB-ket?
Bár az FRB 200428 felfedezése kulcsfontosságú volt, még mindig sok a kérdés. Az elméletek szerint a magnetárok rendkívül erős mágneses mezőinek átrendeződése, a „csillagrengések” vagy a mágneses tér „újrakapcsolódása” hatalmas energiát szabadít fel. Ez az energia nem csupán röntgensugárzást és gammasugárzást generál, hanem képes rádióhullámokat is létrehozni.
Egy lehetséges magyarázat szerint a magnetár felszínén lévő mágneses hurkok hirtelen átrendeződnek vagy „összeomlanak”. Ez a folyamat sokk-hullámokat generál, melyek áthaladnak a környező plazmán. Amikor ezek a sokk-hullámok elérik a plazma kritikus sűrűségű rétegét, erős rádióimpulzusok keletkeznek. Egy másik elmélet szerint a magnetár extrém erős mágneses tere körül keringő plazma hirtelen felgyorsul, és ez a gyorsulás generálja a rádiójeleket.
Fontos megjegyezni, hogy az FRB-k diverzitása miatt valószínűsíthető, hogy nem minden gyors rádiókitörés származik magnetároktól. Lehetséges, hogy léteznek más források is, például összeolvadó fekete lyukak vagy neutroncsillagok, melyek szintén képesek hasonlóan intenzív, rövid idejű rádióimpulzusokat generálni. Azonban az ismétlődő FRB-k és a Tejútrendszerbeli magnetár által kibocsátott rádiókitörés közötti összefüggés arra utal, hogy a magnetárok kiemelt szerepet játszanak e kozmikus rejtély megfejtésében.
A jövő kutatásai
A magnetárok és az FRB-k közötti kapcsolat felfedezése egy új kutatási irányt nyitott meg a csillagászatban. A tudósok most azon dolgoznak, hogy minél több FRB-t észleljenek, és azonosítsák a forrásaikat. Az új generációs rádióteleszkópok, mint például a SKA (Square Kilometre Array) még pontosabb és részletesebb adatokat szolgáltathatnak majd, lehetővé téve a rádióhullámok finom struktúrájának vizsgálatát és a források pontosabb lokalizálását. Ezenkívül a multihullámhosszú megfigyelések – azaz az azonos események röntgen, gamma és rádió hullámhosszokon történő egyidejű észlelése – kulcsfontosságúak lesznek a magnetárok FRB-k kibocsátásának mechanizmusainak megértésében.
Az univerzum továbbra is tartogat meglepetéseket számunkra, és a magnetárok, valamint a gyors rádiókitörések közötti kapcsolat csupán egy apró szelete annak a hatalmas tudásnak, amit még fel kell fedeznünk. Ahogy a technológia fejlődik, és a tudósok egyre mélyebbre ásnak a kozmikus rejtélyekben, úgy válik egyre tisztábbá az univerzum működése, és talán egy napon teljes mértékben megértjük ezeket az elképesztő és titokzatos kozmikus jelenségeket. Képesek leszünk-e a jövőben pontosan előre jelezni egy FRB kitörést? Csak az idő és a további kutatások adnak majd választ erre a kérdésre.
