Ένα αστέρι νετρονίων είναι το απομεινάρι ενός τεράστιου άστρου που κάποτε πέθανε σε μια έκρηξη σουπερνόβα. Συνολικά, τα αστέρια νετρονίων θεωρούνται μερικά από τα πιο ακραία αντικείμενα στο γνωστό σύμπαν – και αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν αυτά τα απίστευτα πυκνά αστρικά υπολείμματα υπάρχουν μαζί με συντρόφους αστέρια (που δεν έχουν “πεθάνει”) αρκετά κοντά στο μέγεθος ενός αστέρα νετρονίων , με αρκετή βαρύτητα για την εξαγωγή υλικού από αυτό το δεύτερο αστέρι. Με άλλα λόγια, το αστέρι συνοδός είναι σαν το αστρικό θύμα του αστέρα νετρονίων.
Αυτά τα «αστέρια νετρονίων βαμπίρ» είναι ξεχωριστά γιατί επιστρέφουν στη ζωή σαν ένα κοσμικό Bela Lugosi. Αυτό συμβαίνει επειδή το υλικό που πέφτει από ένα συνοδό αστέρι πυροδοτεί θερμοπυρηνικές εκρήξεις στην επιφάνεια του αστέρα νετρονίων. Μέρος αυτής της κλεμμένης ύλης κατευθύνεται στους πόλους του αστέρα νετρονίων, από όπου εκρήγνυται με ταχύτητα σχεδόν την ταχύτητα του φωτός με τη μορφή ισχυρών αστροφυσικών πίδακα. Αλλά τι ακριβώς προκαλεί την εκτόξευση αυτών των πίδακα – και πώς συνδέονται με αυτές τις θερμοπυρηνικές εκρήξεις – παραμένει ένα μυστήριο.
Ωστόσο, νέα έρευνα έχει δώσει μια ένδειξη για το μυστήριο.
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν τρόπο να μετρήσουν τις ταχύτητες αυτών των πίδακα και να συνδέσουν τις τιμές με τις ιδιότητες τόσο ενός αστέρα νετρονίων όσο και του ατυχούς δυαδικού αστέρα από το οποίο τρέφεται. Αυτό θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει στην επίλυση αυτού του διλήμματος πίδακα και ενδεχομένως να παρέχει πληροφορίες για άλλα αντικείμενα που εξάγουν επίσης ύλη από ένα συνοδό αστέρι, όπως οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.
Σχετίζεται με: Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb βρίσκει συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων που σφυρηλατούν χρυσό στον κόσμο: «Ήταν συναρπαστικό»
«Για πρώτη φορά, μπορέσαμε να μετρήσουμε τις ταχύτητες των σταθερών πίδακες που εκπέμπονται από ένα αστέρι νετρονίων», δήλωσε στο Space.com ο επικεφαλής συγγραφέας και επιστήμονας του Εθνικού Ινστιτούτου Αστροφυσικής (INAF), Τόμας Ράσελ. «Αυτοί οι πίδακες, όπως αυτοί από τη συσσώρευση μαύρων τρυπών, είναι απίστευτα σημαντικοί στο σύμπαν μας επειδή απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας στο περιβάλλον τους, επηρεάζοντας το σχηματισμό άστρων, την ανάπτυξη των γαλαξιών και ακόμη και τον τρόπο που οι γαλαξίες συγκεντρώνονται. Αλλά δεν καταλαβαίνουμε πραγματικά πώς εκτοξεύονται αυτά τα τζετ.
Ο Ράσελ εξήγησε ότι οι επιστήμονες είχαν προηγουμένως σκεφτεί ότι οι πίδακες θα μπορούσαν να πυροδοτηθούν είτε από την περιστροφή του υλικού που αφαιρέθηκε από ένα θυσιαζόμενο αστέρι καθώς αυτό το υλικό σπείρα σε αυτό. Υπήρξε επίσης μια θεωρία ότι οι πίδακες σχετίζονται με την περιστροφή του ίδιου του περιστρεφόμενου αντικειμένου.
Αυτή η νέα έρευνα θα μπορούσε να βοηθήσει να βρεθεί μια απάντηση ως προς το ποιος μηχανισμός ευθύνεται κυρίως.
«Η ανακάλυψή μας μιας σύνδεσης μεταξύ θερμοπυρηνικών εκρήξεων και πίδακες μας παρέχει τώρα έναν εύκολα προσβάσιμο και επαναλαμβανόμενο ανιχνευτή για να ξετυλίξουμε τον μηχανισμό εκτόξευσης πίδακες σε αστέρια νετρονίων», συνέχισε ο Russell. «Δεδομένου ότι πιστεύουμε ότι οι πίδακες εκτοξεύονται με πολύ παρόμοιους τρόπους από όλους τους τύπους αντικειμένων, αυτό θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε πώς εκτοξεύονται οι πίδακες από όλα τα αντικείμενα, ακόμη και τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών.»
Πώς εκρήγνυνται τα αστέρια νετρονίων;
Για να καταλήξουν στο συμπέρασμά τους, ο Russell και οι συνεργάτες του εξέτασαν δύο συστήματα που περιείχαν τροφοδοτούμενα αστέρια νετρονίων: τα δυαδικά ακτίνων Χ 4U 1728-34 και 4U 1636-536. Και τα δύο συστήματα είναι γνωστό ότι εκρήγνυνται τακτικά με θερμοπυρηνικές εκρήξεις.
Οι θερμοπυρηνικές εκρήξεις στην επιφάνεια των άστρων νετρονίων δεν είναι νέο φαινόμενο για τους επιστήμονες. Αυτές οι εκρήξεις έχουν αναλυθεί εδώ και χρόνια και ο Russell επισημαίνει ότι οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει τουλάχιστον 125 αστέρια νετρονίων που «εκρήγνυνται» συνολικά.
«Καθώς το αστέρι νετρονίων καταναλώνει υλικό από ένα κοντινό αστέρι, το συσσωρευμένο υλικό συσσωρεύεται στην επιφάνεια του αστέρα νετρονίων», είπε ο Russell. «Κάποια στιγμή, η πίεση γίνεται πολύ μεγάλη και εμφανίζεται μια ασταθής, εκτός ελέγχου θερμοπυρηνική έκρηξη, που εξαπλώνεται σε όλη την επιφάνεια του αστέρα νετρονίων.» Ολόκληρη η επιφάνεια του αστέρα νετρονίων μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα.
Οι εκρήξεις που σχετίζονται με το 4U 1728-34 και το 4U 1636-536 είναι ορατές στη ζώνη ακτίνων Χ, που σημαίνει ότι η ομάδα μπόρεσε να τις ανιχνεύσει χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο του Διεθνούς Εργαστηρίου Αστροφυσικής ακτίνων γάμμα (INTEGRAL) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος.
«Βρήκαμε ότι αυτές οι εκρήξεις προκαλούν την άντληση πρόσθετου υλικού στα ακροφύσια για τα δέκα δευτερόλεπτα που διαρκούν οι εκρήξεις», συνέχισε ο Ράσελ. «Χρησιμοποιώντας ραδιοτηλεσκόπια για την παρακολούθηση των πίδακα με το Australia Telescope Compact Array, μπορέσαμε να παρακολουθήσουμε αυτό το πρόσθετο υλικό καθώς έρεε κάτω από τους πίδακες, παρέχοντάς μας ουσιαστικά μια κοσμική κάμερα ραντάρ για τη μέτρηση της ταχύτητας του πίδακα».
Αυτό που ήθελαν να δουν ήταν αλλαγές στις εκπομπές ραδιοφώνου μετά τις εκρήξεις ακτίνων Χ.
Στην πραγματικότητα, η ομάδα εντόπισε μια αύξηση στη φωτεινότητα του ραδιοφώνου μέσα σε λίγα λεπτά από κάθε μεμονωμένη θερμοπυρηνική έκρηξη. Αυτό οδήγησε τους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι η ανάπτυξη των πίδακα συνδέεται στενά με τις θερμοπυρηνικές εκρήξεις.
«Εκπλαγήκαμε από το πόσο ξεκάθαρη ήταν η αντίδραση των Jets. Ήταν πολύ φωτεινές και καθαρές φωτοβολίδες που κυλούσαν στον πίδακα και ήταν εύκολο να τις δεις», είπε ο Ράσελ. «Περιμέναμε μια αντίδραση, αλλά πιστεύαμε ότι θα ήταν πολύ πιο λεπτή».
Πίδακες άστρων νετρονίων έχουν πιαστεί να επιταχύνουν
Η ταχύτητα αυτών των πίδακα ήταν το κομμάτι του παζλ που έλειπε, λέει η ομάδα, που οδήγησε σε μια σύνδεση μεταξύ των βίαιων εκτινάξεων των πίδακα και της προέλασης εκρηκτικών.
«Η ταχύτητα είναι απίστευτα σημαντική για την κατανόηση του τρόπου εκτόξευσης των αεριωθουμένων και αυτή η νέα ανακάλυψη ανοίγει ένα πολύ προσιτό παράθυρο για την απάντηση σε αυτήν την ερώτηση», είπε ο Ράσελ. «Μπορούμε τώρα να εφαρμόσουμε αυτό το πείραμα σε πολλά άλλα αστέρια νετρονίων που εκρήγνυνται και στη συνέχεια να συγκρίνουμε πώς η ταχύτητα του πίδακα συσχετίζεται με το σπιν, τη μάζα και πιθανώς ακόμη και το μαγνητικό πεδίο του αστέρα νετρονίων, τα οποία θεωρούνται βασικοί παράγοντες στην εκτόξευση πίδακα.
Εάν η ομάδα βρει μια σύνδεση μεταξύ οποιασδήποτε από αυτές τις ιδιότητες και την ταχύτητα του πίδακα, θα αποκαλύψει τον κύριο μηχανισμό ενεργοποίησης για αυτούς τους πίδακες – είτε είναι η περιστροφή του αστέρα νετρονίων είτε η περιστροφή του εισερχόμενου υλικού.
Αυτή είναι η πρώτη φορά που μετρήθηκε η ταχύτητα ενός τέτοιου πίδακα από αστέρι νετρονίων, αλλά αξίζει να σημειωθεί ότι έχει μετρηθεί προηγουμένως για μαύρες τρύπες. Ωστόσο, ο Russell εξήγησε ότι τα αστέρια νετρονίων έχουν τεράστιο πλεονέκτημα έναντι των μαύρων τρυπών όταν πρόκειται να τα χρησιμοποιήσουν ως ανιχνευτή για τη μελέτη μηχανισμών εκτόξευσης αεριωθουμένων.
«Τα αστέρια νετρονίων μπορούν να έχουν πολύ ακριβή μέτρηση περιστροφών, καλά καθορισμένες μάζες και πιθανώς ακόμη και γνωστές εντάσεις μαγνητικού πεδίου, τα οποία είναι πολύ πιο δύσκολο να μετρηθούν σε μαύρες τρύπες», είπε. «Έτσι, μπορούμε να αρχίσουμε να συνδέουμε μόνο τις ιδιότητες του συστήματος με τους πίδακες στα αστέρια νετρονίων».
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
— Μια νέα προσέγγιση θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κοιτάξουν στο εσωτερικό ενός αστέρα νετρονίων
– Οι «διαταραχές» από νεκρά αστέρια θα μπορούσαν να αποκαλύψουν την προέλευση των γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων
– Το βαρύτερο άστρο νετρονίων που παρατήρησε ποτέ τα δάκρυα του συντρόφου του
Συνολικά, η ομάδα έχει δει τώρα αυτό το αποτέλεσμα σε δύο συστήματα τροφοδοσίας αστέρων νετρονίων, αλλά αυτά είναι τα μόνα δύο που έχουν εξετάσει μέχρι στιγμής.
«Εφαρμόζουμε τη νέα μας τεχνική σε όσα άλλα εκρηκτικά αστέρια νετρονίων μπορούμε για να αποκαλύψουμε πώς διαφέρουν οι ταχύτητες των πίδακα ανάλογα με τις ιδιότητες των αστέρων νετρονίων», κατέληξε. «Μόλις δημιουργήσουμε ένα επαρκές δείγμα, θα είμαστε σε θέση να αποκρυπτογραφήσουμε τα βασικά χαρακτηριστικά για την παραγωγή τζετ και να αποκαλύψουμε πώς εκτοξεύονται τα αεριωθούμενα αεροπλάνα».
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε την Τετάρτη (27 Μαρτίου) στο περιοδικό Nature.