A szupernóva-robbanások során pillanatok alatt annyi energia szabadul fel, mint amennyit a Nap 10 milliárd év alatt kisugároz. A robbanást követően olyan egzotikus égitestek jöhetnek létrem, mint a neutroncsillagok vagy a fekete lyukak. Szalai Tamás, a Szegedi Tudományegyetem Optikai és Kvantumelektronikai Tanszékének tudományos munkatársa a nagy tömegű csillagok végállapotait kutatja. A vele folytatott beszélgetésből nem csak e különleges események részleteit ismerhetjük meg, hanem azt is, hogy a pusztuló csillagok hogyan segíthetik más csillagok születését.
– Az Ön érdeklődése a csillagászat és a szupernóvák iránt „robbanásszerűen” alakult ki vagy hosszabb folyamat eredménye volt?
– Inkább az utóbbi. Az első komoly lökést egy soproni amatőrcsillagász, Kiss Gyula iskolai előadása adta meg, ezt követően tagja lettem a Magyar Csillagászati Egyesületnek, távcsöves bemutatókra és észlelésekre jártam, csillagászati és űrkutatási cikkpályázatokon indultam, szaktáborokban vettem részt. Hamar eldőlt, hogy csillagász leszek, amihez az is szükséges volt, hogy iskolámban, a soproni Berzsenyi Dániel Evangélikus Gimnáziumban a szükséges alapokat kiváló tanároktól sajátíthattam el. A Szegedi Tudományegyetemre jelentkeztem, mivel az ott folyó, magas színvonalú és gyakorlatközpontú csillagászképzésről sok jót hallottam. A döntést azóta sem bántam meg. Hallgatóként szoros kettőscsillagok vizsgálatával kezdtem foglalkozni Mészáros Szabolcs és Kiss L. László, később pedig Vinkó József vezetésével. (Nemrégiben ők is szerepeltek rovatunkban – a szerk.) A diplomaszerzést követően „nyergeltem át” a szupernóva-robbanások területére, a Vinkó Józseftől kapott inspirációknak köszönhetően.
– Miért fontos ez a terület a csillagászat számára?
– A szupernóva-robbanások vizsgálata napjaink egyik „legforróbb” kutatási területének számít. Ezen kataklizmikus események során pillanatok alatt annyi energia szabadul fel, mint amennyit a Nap egész élete, azaz mintegy 10 milliárd év alatt kisugároz. Ez önmagában is elegendő lenne arra, hogy felkeltse a kutatók érdeklődését, de a robbanás okainak és fizikai körülményeinek vizsgálatán túl még további tényezők is fontos kutatási témákat kínálnak. Az úgynevezett Ia típusú szupernóvák a kozmológiai skálákon való távolságmérés fontos támpontjai, vizsgálatuk révén sikerült első ízben bizonyítékot találni a Világegyetem gyorsuló tágulására (a téma vezető kutatóit 2011-ben fizikai Nobel-díjjal is elismerték). A kataklizmikus csillagrobbanások más típusai egzotikus égitestek (neutroncsillagok vagy fekete lyukak) kialakulásához vezetnek. Emellett jelenlegi tudásunk szerint az Univerzumban minden vasnál nehezebb kémiai elem létrejötte is nagy részben szupernóva-robbanásokhoz köthető.
– A szupernóvák felvillanását nem lehet előre jelezni. Hogyan tudják mégis kutatni őket?
– Mintegy ezer év óta maradtak fenn feljegyzések az égbolton hirtelen feltűnő, „vendégcsillagokról”. Ezek saját galaxisunkban felrobbant szupernóvák voltak. A sors fintora, hogy nagyjából a távcsövek elterjedése óta, azaz mintegy négyszáz éve nem sikerült a Tejútrendszerben történt szupernóva-robbanást közvetlenül megfigyelni. Az utóbbi évtizedek távcső- és detektorfejlesztéseinek és az automatizált keresőprogramoknak köszönhetően ezrével fedeznek fel távoli galaxisokban feltűnő szupernóvákat minden évben. Kutatócsoportunk a hazai lehetőségeket is kihasználva az MTA CSFK Piszkéstetői Obszervatóriuma és a Bajai Csillagvizsgáló távcsöveire építve számos szupernóva hosszú távú (több hetes vagy akár több hónapos) fényességváltozását követte nyomon az elmúlt években.
Az úgynevezett fénygörbék mellett fontos lépés a színképfelvételek elemzése. A távoli objektumok látszólagos halványsága miatt a jó minőségű színképek készítéséhez általában a világ legnagyobb távcsövei közé tartozó eszközökre van szükség. A Texasi Egyetemmel fennálló szakmai kapcsolatainknak köszönhetően hozzáférésünk van az egyaránt 9,2 méter átmérőjű, texasi Hobby-Eberly Teleszkóp (HET) és a Dél-Afrikai Nagy Teleszkóp (SALT) adataihoz; így ebben a kutatási szegmensben is aktívan részt tudunk venni. A színképek vizsgálata teszi lehetővé többek között a szupernóvák gyors és megbízható osztályozását, azaz annak kiderítését, hogy egy kettős rendszerben lévő fehér törpecsillag termonukleáris felrobbanását (ez a már említett Ia típus), vagy egy nagy tömegű csillag gravitációs magösszeomlását (úgynevezett kollapszár szupernóva-robbanást) látunk-e.
A földi vizsgálatok mellett általában lehetőségünk van űrtávcsöves adatok felhasználására is. A fotometriai és spektroszkópiai adatok feldolgozása mellett a kutatómunka fontos részét képezi a különböző modellszámítások eredményeinek a megfigyelési adatsorokkal való összevetése, valamint a megfelelő következtetések levonása.
– Miért mások a különböző csillagok végállapotai?
– Egy csillag sorsát alapvetően a kezdeti tömege határozza meg. Egy Napunkhoz hasonló csillag több milliárd évig stabil állapotban van, energiáját ezalatt a magjában zajló hidrogénfúzióból nyeri. Az ilyen égitestek életük végén vörös óriáscsillaggá fújódnak fel, majd külső rétegeiket ledobva magukról egy inaktív fehér törpecsillag marad belőlük (Napunk esetében ez kb. 5 milliárd év múlva fog bekövetkezni). Kölcsönható kettős rendszerek esetében – ahogy már említettem – akár egy fehér törpecsillag is szupernóvaként végezheti. Ezekben a konfigurációkban a normál társcsillagról anyag áramlik át a fehér törpére, amely egy kritikus határtömeget (kb. 1,4 naptömeg) elérve instabillá válik, és gigantikus fúziós bombaként felrobban. Egy alternatív elmélet szerint akkor is bekövetkezhetnek hasonló események, ha a kettőscsillag mindkét tagja fehér törpe, és idővel egymásba spiráloznak.
A Napnál legalább nyolcszor-tízszer nagyobb tömegű csillagok viszont mind szupernóvaként végzik. Ezek – rockzenei hasonlattal élve – a „Live fast, die young!” (Élj pörgősen, halj meg fiatalon!) elvet követik. Magbeli hidrogénkészletük legfeljebb néhány tízmillió év alatt elfogy, majd egyre rövidebb idő alatt (az utolsó lépések mindössze egy-két nap alatt) lejátszódó fúziós folyamatokat követően szerkezetük egy hagymához fog hasonlítani. A külső héjakban hidrogén és hélium, befelé haladva egyre nehezebb elemek találhatóak, egészen a vasból álló magig. A stabil állapot akkor szűnik meg, amikor a fúzió leálltával a csillag központi nyomása csökkeni kezd. Végül saját gravitációja és a külső rétegek súlya miatt bekövetkezik a mag összeomlása (kollapszusa); ez a szupernóva-robbanás közvetlen oka.
– Van-e olyan nagy tömegű csillag a közelünkben, ami potenciális veszélyt rejt számunkra?
– Egy túl közeli szupernóva-robbanás végzetes lenne a bolygónk, vagy legalábbis a fejlettebb életformák számára. A felszabaduló hő elpárologtatná a légkör nagy részét, a robbanás során keletkező nagy energiájú sugárzás pedig akadálytalanul érné el a felszínt. Szerencsére a kozmikus szomszédságunkban nincsen ilyen esemény előidézésére képes csillag vagy csillagrendszer. Érdekes viszont, hogy a Naprendszer születését, pontosabban a „csíraként” szolgáló csillagközi gázfelhő összehúzódását és nehezebb elemekkel való feldúsulását jelenlegi tudásunk szerint ősi szupernóva-robbanások segítették elő.
– Milyen eredményei vannak a szupernóva-kutatás területén, illetve milyen eredményekre számít?
A doktori témám nagy részét a szupernóvák és a kozmikus porképződés kapcsolatának vizsgálata tette ki. A porszemcsék alapvető szerepet játszanak többek között a csillagok körüli bolygórendszerek kialakulásában, eredetük azonban még nem pontosan tisztázott. A Spitzer infravörös-űrtávcső adataira épülő, 13 objektumra kiterjedő vizsgálataim eredménye az lett, hogy bár a kollapszár szupernóvák nagy részénél megfigyelhető valamilyen mértékű porképződés, ez nem elegendő a távoli galaxisok nagy portartalmának magyarázatához. A másik lehetőség, hogy a por nagy része nagyon alacsony (néhány 10 K) hőmérsékletű, ezért csak a Spitzernél hosszabb hullámhosszon működő eszközökkel detektálható (néhány hónapja be is jelentettek egy erre utaló eredményt az ALMA szubmilliméteres távcsőrendszerrel végzett vizsgálatok kapcsán).
2009-ben Kiss L. László meghívása révén volt lehetőségem egy ausztráliai obszervatóriumban is észlelni. Egy olyan, nagy tömegű kettőscsillagot vizsgáltunk, amelynek egyik tagja már felrobbant szupernóvaként, és jelenleg neutroncsillag vagy fekete lyuk formájában kering a rendszerben. Ebből a munkából szintén nagy hivatkozásszámú publikációk születtek.
Jelenleg több érdekes szupernóva-robbanás vizsgálatában is részt veszek. Emellett előkészületek zajlanak egy, a texasi HET-távcsővel idén induló spektroszkópiai égboltfelmérés kapcsán, amelyhez kutatócsoportunk is csatlakozott.
TRUPKA ZOLTÁN
2014/28
