Gyorsan elrepült a Swift első tíz éve
(Rovat: Távoli világok kutatói, Amerika és az űrcsillagászat - 2014.12.15 06:15.)

Idén tízéves a NASA Swift műholdja, amelyet 2004. november 20-án állították alacsony Föld körüli pályára.

A teljes nevén Swift Gamma-ray Burst Explorer műhold az első, kifejezetten a gamma-kitörések (gamma-ray burst, GRB) vizsgálatára szánt űreszköz és ma is az egyetlen műhold, amely a gamma-kitörések pontos égi pozícióját képes meghatározni és több hullámhossztartományban is követni az utófénylésük elhalványodását. (A gamma-sugárzás nem hatol át a földi légkörön, ezért a gamma-tartományban érzékeny méréseket csak Föld körüli pályáról lehet folytatni.)

A Swift műhold (Kép: NASA E/PO, Sonoma State University, Aurore Simonnet)

Jelenlegi tudásunk szerint (amit nagyrészt a Swift alább részletezett megfigyeléseinek köszönhetünk) a GRB-k nagyon nagy tömegű csillagok életének végső állomásai. Amikor a csillag elfogyasztja a magfúzióhoz szükséges üzemanyagát és saját gravitációja alatt összeroppan, a robbanást, mint GRB-t észlelhetjük. Ezután valószínűleg fekete lyuk marad vissza.

Illusztráció a GRB-k általános modelljéhez. A nagytömegű csillag után maradó fekete lyuk látható az ábra bal oldalán, innen nagyenergiás részecskeáramok (jetek) indulnak ki. A megfigyelt sugárzás ezen jetek és a fekete lyukat körülvevő forró gáz ütközésekor keletkezik. (Kép: NASA GSFC)

A GRB-k általában egy percnél rövidebb ideig tartanak és a Swift hetente nagyjából kettőt detektál az egész eget folyamatosan figyelő Burst Alert Telescope (BAT) műszerével. Amint „kiszúr” egy gamma-felvillanást, meghatározza helyzetét. Ezt egyrészt rögtön közlik a csillagászközösséggel, hogy minél több, különböző hullámhossztartományban érzékeny földi műszerrel lehessen megfigyelni, másrészt maga a műhold is a többi (optikai, röntgen- és ultraibolya tartományban működő) műszerével az adott irányba fordul. Mindehhez alig 40 másodpercre van szüksége! A minél gyorsabb reagálás azért fontos, mivel a felvillanások nagyon gyorsan halványodnak.

A Swift eddig közel 900 GRB-t detektált. Ezzel a műszerrel fedezték fel a GRB-k egy új osztályát, a nagyon hosszú kitöréseket, amelyek felfénylése akár órákig is tarthat. Szintén a Swiftnek köszönhetjük az eddigi legtávolabbi GRB-t, amelynek fénye több mint 13 milliárd évet utazott, mielőtt a BAT detektora felfogta volna.

Ha ez nem lenne elég, a GRB-k mellett a Swift mérései más csillagászati jelenségek jobb megismeréséhez is nagyban hozzájárultak. Nevéhez híven (az angol swift szó magyar jelentése sebes, gyors) lehetőség van hirtelen felmerülő, gyors megfigyelések elvégzésere (ezek az úgynevezett ToO, Target of Opportunity megfigyelések). A műhold konkrétan 10 perc alatt a kért égi pozícióra képes állni és elkezdeni a megfigyelést. Ez előre nem jelezhető, váratlanul bekövetkező égi jelenségek, például szupernóva-robbanás, pulzárok extrém kitörései, stb. esetén nagyon hasznos.

A gyors reakcióidőt kívánó projektek mellett a Swifttel hosszú távú, több évig tartó monitorozási projekteket is folytatnak. Több mint 700 aktív galaxismagot figyelnek meg vele több év óta a röntgen- és gamma-tartományban. A hozzánk legközelebbi, a Tejútrendszer közepén található szupernagy tömegű fekete lyuk röntgensugárzást is évek óta monitorozzák. Ennek köszönhető, hogy nagy valószínűséggel tavaly sikerült megtalálni az első pulzárt, amely a galaxisunk központi fekete lyukának közvetlen környezetében helyezkedik el. A pulzár egy nagyon gyorsan forgó neutroncsillag (szupernóva-robbanás után visszamaradó nagyon sűrű csillagmaradvány), amelynek forgástengelye és mágneses tengelye nem esik egybe. A mágneses pólusról érkező sugárzást a tengelyforgás miatt egy távoli megfigyelő pulzálásként azonosíthatja. Az egyes pulzusok nagyon pontosan követik egymást, így különösen pontos kozmikus óraként is használhatóak.

A nagyon erős gravitációs teret tanulmányozó kutatók régi álma, hogy a Tejútrendszerünk közepén elhelyezkedő fekete lyuk hatására erősen torzult téridőt egy ahhoz közel keringő pulzár segítségével tanulmányozzák. (A pulzációs periódus hosszát az erős gravitációs tér megváltoztatja.) Azonban több éves célzott kutatások sem vezettek eredményre – egyetlen pulzárt sem találtak a galaxis középpontja környékén. A Swift által 2013-ban megfigyelt röntgenkitörésről derült ki a további kutatásoknak köszönhetően, hogy egy úgynevezett magnetártól (nagyon erős mágneses térrel rendelkező pulzártól) származik, amelynek az égbolt síkjára vetített távolsága a fekete lyuktól 0,1 parszek (kb. egyharmad fényév). A kérdés most – ha lehet – még érdekesebb: alapvetően a pulzároknál sokkal ritkábban megfigyelt magnetárból sikerült találni a Tejútrendszer középpontjában egyet, miközben az elméleti számítások alapján feltételezett néhány száz pulzárból egyet sem.

Válogatás a Swift tíz évének eredményeiből. (Videó: NASA GSFC)

Ebből a kiragadott pár példából is látszik, milyen kimagaslóan sikeres volt a Swift az elmúlt évtizedben. Tíz év alatt az űrcsillagászati műhold összesen 315 ezer megfigyelést végzett, 26 ezer forrásról, másfél ezer kutató 6200 ToO projektjét észlelte le, és többek között közel 300 szupernóva-robbanást tanulmányozott. A Swift a NASA, a Penn State University, a Los Alamos National Laboratory és az Orbital Sciences Corporation közös projektje, amely nemzetközi összefogással, brit, olasz, japán és német részvétellel valósult meg, és működik még legalább 2016-ig – sőt remélhetőleg tovább is.

Gabányi Krisztina

A kutatás a TÁMOP-4.2.4.A/2-11/1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.