Αναλαμπές μυστηρίου 4.000 έτη φωτός από τη Γη

Ενα «κοσμικό μυστήριο» απασχολεί την αστρονομική κοινότητα τις τελευταίες ημέρες. Επιστήμονες με βάση το Πανεπιστήμιο Curtin στην Αυστραλία ανακάλυψαν ένα αστρονομικό αντικείμενο το οποίο αναβόσβηνε με σταθερό ρυθμό μέσα σε ένα χρονικό διάστημα τριάντα ημερών, με τη λαμπρότητά του να είναι ιδιαίτερα έντονη. Οι λεπτομέρειες των παρατηρήσεων, οι οποίες δημοσιεύθηκαν στην επιστημονική επιθεώρηση «Nature», είναι ιδιαίτερα σημαντικές, αφού ενδέχεται να υποδεικνύουν την ύπαρξη ενός τύπου μαγνάστρου το οποίο έχει προβλεφθεί από τους ερευνητές της Θεωρητικής Αστρονομίας, όμως δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ. Ας δούμε με περισσότερες λεπτομέρειες τον τρόπο με τον οποίο οι ερευνητές εντόπισαν και χαρακτήρισαν το μυστήριο αυτό αντικείμενο.

Παράξενες εκλάμψεις

Παρατηρώντας τον ουρανό με ραδιοτηλεσκόπια, οι ερευνητές αποκαλύπτουν έναν ολόκληρο κόσμο αστρονομικών αντικειμένων και φαινομένων τα οποία δεν μπορούν να γίνουν αντιληπτά με ένα συμβατικό οπτικό τηλεσκόπιο. Μερικά από τα φαινόμενα του… αόρατου Σύμπαντος τα οποία έχουν παρατηρήσει οι επιστήμονες με τη χρήση των ραδιοτηλεσκοπίων είναι οι μελανές οπές, η γέννηση των αστέρων ή οι αστέρες νετρονίων, τα υπολείμματα δηλαδή αστέρων όταν αυτοί καταρρέουν. Πολλά ραδιοτηλεσκόπια ανά τον κόσμο είναι στραμμένα στον ουρανό, συλλέγοντας ραδιοκύματα τα οποία επιτρέπουν στους επιστήμονες να απεικονίσουν την πηγή των ηλεκτρομαγνητικών αυτών κυμάτων. Πριν από περίπου δύο χρόνια, ένας μεταπτυχιακός φοιτητής, επιχειρώντας να αναλύσει τα δεδομένα τα οποία είχαν συλλεχθεί από το ραδιοτηλεσκόπιο «Murchison Widefield Array» στην Αυστραλία, αναγνώρισε μια πολύ λαμπερή πηγή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Η ερευνήτρια στο Διεθνές Κέντρο Ερευνας Ραδιοαστρονομίας (ICRAR) του Πανεπιστημίου Curtin, Νατάσα Χάρλεϊ-Γουόκερ

Η πηγή αυτή είχε καταγραφεί από το τηλεσκόπιο μεταξύ του Ιανουαρίου και του Μαρτίου του 2018 και εντοπίστηκε μέσα στον γαλαξία μας «Milky Way», σε απόσταση 4.000 ετών φωτός από τη Γη. Τα χαρακτηριστικά της έκλαμψης τράβηξαν αμέσως το ενδιαφέρον της επιστημονικής ομάδας: παρατηρώντας την εξέλιξη μέσα στον χρόνο, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι το περίεργο αντικείμενο απελευθέρωνε με περιοδικό τρόπο ένα εξαιρετικά μεγάλο ποσό ενέργειας, αναβοσβήνοντας τρεις φορές ανά ώρα.

«Κανείς δεν έχει παρατηρήσει ξανά μια έκλαμψη η οποία να επαναλαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο και για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα» σημειώνει στο ΒΗΜΑ-Science η δρ Νατάσα Χάρλεϊ-Γουόκερ, πρώτη συγγραφέας της δημοσίευσης και ερευνήτρια στο Διεθνές Κέντρο Ερευνας Ραδιοαστρονομίας (ICRAR) του Πανεπιστημίου Curtin. «Η μόνη παραπλήσια παρατήρηση είχε πραγματοποιηθεί το 2005, όταν επιστήμονες είχαν ανακαλύψει μια πηγή στο Γαλαξιακό Κέντρο, η οποία παρήγαγε πέντε εκλάμψεις σε χρονικό διάστημα εβδομήντα επτά λεπτών και έπειτα έμεινε αδρανής» αναφέρει η ίδια. Μια βασική διαφορά με την πρόσφατη ανακάλυψη είναι ότι αυτή η πηγή βρέθηκε να αναβοσβήνει με περιοδικότητα η οποία δεν είχε παρατηρηθεί ξανά. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι η πηγή αναβόσβηνε επί 30 ημέρες, έπειτα έπεσε σε αδράνεια επί 28 ημέρες και ενεργοποιήθηκε εκ νέου για 30 ημέρες. Επειτα, το τηλεσκόπιο δεν κατέγραψε περαιτέρω δραστηριότητα της πηγής.

Αποκλείοντας σενάρια

Πηγές ακτινοβολίας οι οποίες εμφανίζουν μια περιοδικότητα δεν είναι καινούργιες για τους αστρονόμους. Τέτοια φαινόμενα, τα οποία ονομάζονται «παροδικά αστρονομικά φαινόμενα», συναντώνται παραδείγματος χάριν σε παρατηρήσεις υπερκαινοφανών αστέρων, οι οποίοι εμφανίζονται και εξαφανίζονται ύστερα από κάποιους μήνες, ή σε παρατηρήσεις πάλσαρ, τα οποία εμφανίζονται και εξαφανίζονται μέσα σε ένα χρονικό διάστημα δευτερολέπτων. Οι επιστήμονες έχουν διατυπώσει την υπόθεση ότι το φαινόμενο το οποίο παρατήρησαν προέρχεται από ένα γεγονός το οποίο συνδέεται με τον θάνατο ενός αστέρα. Αυτή η υπόθεση προέκυψε έπειτα από τη μελέτη των επιμέρους χαρακτηριστικών των εκλάμψεων. «Το γεγονός ότι η έκλαμψη επαναλαμβάνεται τόσο συστηματικά σημαίνει ότι είναι πολύ πιθανό να πρόκειται για ένα περιστρεφόμενο αντικείμενο» σημειώνει η ερευνήτρια. Οπως επισημαίνει η ίδια, η επαναλαμβανόμενη έκλαμψη θα μπορούσε επίσης να υποδεικνύει ότι το αντικείμενο βρίσκεται σε τροχιά γύρω από ένα άλλο αστρονομικό αντικείμενο. Ωστόσο, οι ερευνητές υπολόγισαν τον χρόνο ο οποίος θα χρειαζόταν για μια πλήρη περιστροφή και συμπέραναν ότι ο χρόνος αυτός δεν αντιστοιχεί στην τροχιά κανονικών αστέρων, αλλά στην τροχιά διπλών συστημάτων εξωπλανητών, λευκών νάνων, αστέρων νετρονίων ή μελανών οπών. Τα συστήματα αυτά όμως – στα οποία το ένα αντικείμενο περιστρέφεται γύρω από το άλλο – δεν παράγουν τόσο έντονη έκλαμψη, ενώ παράλληλα εκπέμπουν ακτίνες Χ, κάτι που δεν παρατηρήθηκε στην προκειμένη περίπτωση. Ετσι, οι επιστήμονες κατέληξαν στην υπόθεση ότι πρόκειται πιθανότατα για ένα περιστρεφόμενο αντικείμενο και όχι για ένα αντικείμενο το οποίο βρίσκεται σε τροχιά.

Τα χαρακτηριστικά των εκλάμψεων

Η υπόθεση ότι το αντικείμενο το οποίο παρατηρήθηκε πρόσφατα δεν είναι ένας κανονικός αστέρας ενισχύεται από τις ιδιότητες των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων τα οποία έφθασαν στο ραδιοτηλεσκόπιο. «Η ακτινοβολία είναι γραμμικά πολωμένη, κάτι το οποίο σημαίνει ότι τα κύματα είναι παράλληλα διατεταγμένα. Η ιδιότητα αυτή, σε συνδυασμό με τη μεταβολή της έντασης της φωτεινότητας, υποδεικνύει ότι τα κύματα δεν προέρχονται από κανονικό αστέρα». Εχοντας αποκλείσει και το ενδεχόμενο να είναι εξωπλανήτης, αφού από αυτούς δεν μπορεί να προκύψει έκλαμψη τέτοιας λαμπρότητας, οι επιστήμονες προσανατολίστηκαν στους λευκούς νάνους και στους αστέρες νετρονίων, που αναφέρονται στα τελικά στάδια της εξέλιξης ενός αστέρα, όταν αυτός καταρρέει. Οπως εξηγεί η επιστήμων, η φωτεινότητα του αντικειμένου το οποίο εντόπισαν παραπέμπει στη φωτεινότητα ενός πάλσαρ, δηλαδή ενός τύπου αστέρα νετρονίων. Ωστόσο, αυτό το σενάριο αποδυναμώνεται από τις παρατηρήσεις των ερευνητών: «Τα πάλσαρ περιστρέφονται εξαιρετικά γρήγορα: διαθέτοντας εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία, μάζα μεγαλύτερη από αυτή του Ηλίου, η οποία είναι εγκλωβισμένη σε έναν όγκο μικρότερο από αυτόν που καταλαμβάνει μια πόλη, έχουν περίοδο περιστροφής ένα δευτερόλεπτο ή ακόμη και κάποια χιλιοστά του δευτερολέπτου» εξηγεί η ερευνήτρια, συμπληρώνοντας: «Αυτό παράγει ένα τεράστιο ποσό ενέργειας, ένα μέρος της οποίας μετατρέπεται σε ραδιοκύματα. Καθώς τα πάλσαρ χάνουν ενέργεια, περιστρέφονται πιο αργά, και τελικά «πεθαίνουν», σταματώντας έτσι να εκπέμπουν ραδιοκύματα». Οπως σημειώνει η ίδια, η πηγή ραδιοκυμάτων η οποία ανιχνεύτηκε πρόσφατα περιστρέφεται με αργό ρυθμό, κάτι το οποίο έχει ως αποτέλεσμα να μην είναι σε θέση να παράγει ραδιοκύματα με τον τρόπο αυτόν.

Οι διαφορετικές υποθέσεις

Τι θα μπορούσε λοιπόν να είναι η παράξενη αυτή πηγή, οι ιδιότητες της οποίας είναι τόσο μοναδικές που δυσκολεύουν τους αστρονόμους να την κατατάξουν σε μια κατηγορία αστρονομικών αντικειμένων; Η ερευνητική ομάδα διατύπωσε δύο υποθέσεις. Η πρώτη υπόθεση θέλει την πηγή να είναι μια μορφή μαγνάστρου (δηλαδή ένας τύπος αστέρα νετρονίων), η οποία δεν έχει παρατηρηθεί πουθενά μέχρι σήμερα, αλλά η ύπαρξή της έχει προβλεφθεί από τους ερευνητές της Θεωρητικής Αστρονομίας. «Ενδεχομένως να πρόκειται για μάγναστρο, με ένα μαγνητικό πεδίο το οποίο είναι δέκα με χίλιες φορές μεγαλύτερο από αυτό ενός πάλσαρ» εξηγεί η αστρονόμος, συνεχίζοντας: «Γνωρίζουμε την ύπαρξη περίπου τριάντα μαγνάστρων, έξι από τα οποία παράγουν μερικές φορές ραδιοκύματα. Τα κύματα αυτά προκύπτουν ενδεχομένως όταν κάποια βίαια φαινόμενα διαταράσσουν το μαγνητικό πεδίο. Οι θεωρητικοί έχουν προβλέψει ότι στον γαλαξία μας υπάρχουν διάσπαρτα κάποια μάγναστρα «εξαιρετικά μεγάλης περιόδου» (ultra-long period magnetars), τα οποία περιστρέφονται αργά. Η πηγή που παρατηρήσαμε θα μπορούσε να είναι ένα τέτοιου είδους μάγναστρο. Δεν ήταν κάτι που περιμέναμε, ωστόσο σε θεωρητικό επίπεδο είναι εφικτό και ταιριάζει πολύ καλά στις παρατηρήσεις μας». Η δεύτερη υπόθεση των ερευνητών είναι ότι το αντικείμενο αυτό ενδέχεται να αποτελεί έναν λευκό νάνο. Οι λευκοί νάνοι είναι απομεινάρια που προκύπτουν μετά τον «θάνατο» των αστέρων και κατά κανόνα δεν εκπέμπουν ραδιοκύματα. Μέχρι σήμερα έχει παρατηρηθεί μόνο ένας λευκός νάνος που εκπέμπει ραδιοκύματα, ο οποίος όμως βρίσκεται σε ένα διπλό σύστημα με έναν ερυθρό νάνο. Ακόμη και σε αυτή την περίπτωση, όμως, το σήμα το οποίο λαμβάνουν οι επιστήμονες από τον συγκεκριμένο λευκό νάνο στο ραδιοτηλεσκόπιο είναι πολύ ισχνό, παρ’ όλο που αυτός βρίσκεται πολύ πιο κοντά στη Γη σε σχέση με την έκλαμψη που ανιχνεύτηκε πρόσφατα. Ετσι, δεν μπορεί να εξηγηθεί ικανοποιητικά ο τρόπος με τον οποίο μια έκλαμψη τόσο μεγάλης λαμπρότητας θα μπορούσε να προκληθεί από έναν λευκό νάνο.

Τα μάτια ξανά στον ουρανό

Στα επόμενα βήματά τους, λοιπόν, οι επιστήμονες θα επιχειρήσουν να συλλέξουν στοιχεία τα οποία θα επιτρέψουν την επαλήθευση μιας από τις δύο υποθέσεις – ή θα οδηγήσουν στη διατύπωση μιας καινούργιας υπόθεσης, η οποία ενδεχομένως διαφεύγει από τους επιστήμονες. «Θα μπορούσε να υπάρχει μια εξήγηση την οποία δεν έχουμε σκεφτεί!» λέει χαρακτηριστικά η ερευνήτρια. Για να συλλέξουν τέτοιου είδους στοιχεία, θα χρειαστεί να εντοπίσουν και άλλα παρόμοια φαινόμενα. «Πλέον η πηγή που παρατηρήσαμε είναι ανενεργή, έτσι οι παρατηρήσεις στην ίδια περιοχή με άλλου είδους τηλεσκόπια δεν είναι σίγουρο ότι θα είναι χρήσιμη. Για τον λόγο αυτόν θα προσανατολιστούμε στην εύρεση παρόμοιων πηγών, επιχειρώντας να παρατηρήσουμε τον γαλαξιακό δίσκο σχεδόν σε πραγματικό χρόνο». Η παρατήρηση σε πραγματικό χρόνο θα δώσει την ευκαιρία στους επιστήμονες, όταν βρεθεί μια καινούργια πηγή τέτοιου είδους, να στρέψουν αμέσως τηλεσκόπια από όλον τον κόσμο στη συγκεκριμένη κατεύθυνση, ελπίζοντας να συλλέξουν στοιχεία τα οποία θα λύσουν το κοσμικό αυτό μυστήριο.

Ραδιοτηλεσκόπιο με 4.096 κεραίες

Το ραδιοτηλεσκόπιο «Murchison Widefield Array» βρίσκεται στην Αυστραλία και αποτελείται από 4.096 κεραίες οι οποίες είναι διεσπαρμένες σε μια έκταση αρκετών χιλιομέτρων. Το τηλεσκόπιο αυτό θεωρείται πρόδρομος του εγχειρήματος «Square Kilometre Array» που αποσκοπεί στην κατασκευή του μεγαλύτερου ραδιοτηλεσκοπίου, το οποίο θα είναι εγκατεστημένο στην Αυστραλία και στην Αφρική.Παράσιτα από ραδιοκύματαΚαθώς αναπτυσσόταν η τεχνολογία η οποία επέτρεπε τις υπερατλαντικές κλήσεις, διαπιστώθηκε ότι υπήρχαν παράσιτα στη γραμμή. Το 1933 ο μηχανικός ραδιοφώνου Καρλ Τζάνσκι ανέλαβε να διερευνήσει τον λόγο για τον οποίο συνέβαινε αυτό. Διαπίστωσε ότι η αιτία ήταν τα ραδιοκύματα τα οποία προέρχονται από τον γαλαξία μας και έτσι έγινε ο πρώτος ραδιοαστρονόμος.

Ενα εύρημα, δεκάδες ερωτήματα

Σε περίπτωση που το αντικείμενο το οποίο ανακαλύφθηκε αποδειχθεί ότι είναι μάγναστρο, τίθεται μια σειρά ερωτημάτων τα οποία θα κληθούν να απαντήσουν οι αστρονόμοι στις επόμενες έρευνές τους.

«Εάν το αντικείμενο αυτό είναι μάγναστρο εξαιρετικά μεγάλης περιόδου (ultra-long period magnetar), τότε ανήκει στην κατηγορία των αστέρων νετρονίων, με την εξαίρεση ότι αυτό γυρνάει αργά και διαθέτει ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο» σημειώνει η δρ Νατάσα Χάρλεϊ-Γουόκερ στο ΒΗΜΑ-Science. «Ωστόσο, αφού οι αστέρες νετρονίων σχηματίζονται μετά την έκρηξη ενός υπερκαινοφανούς αστέρα, τόσο το μαγνητικό πεδίο όσο και η ταχύτητα περιστροφής θα έπρεπε να φθίνουν δραστικά. Για ποιον λόγο όμως η πηγή που παρατηρήσαμε έχει ισχυρό μαγνητικό πεδίο αλλά μικρή ταχύτητα περιστροφής; Μια πιθανή εξήγηση θα ήταν να έχει συγκρουστεί με ένα άλλο σώμα, κάτι το οποίο θα επιβράδυνε την ταχύτητά του. Το σώμα αυτό θα μπορούσε να έχει προκύψει από την ίδια έκρηξη υπερκαινοφανούς αστέρα. Πόσο σύνηθες είναι όμως κάτι τέτοιο;» αναρωτιέται η ερευνήτρια.

Οπως σημειώνει η ίδια, εάν εντοπιστούν και άλλα τέτοια αντικείμενα, οι επιστήμονες θα μπορέσουν να μετρήσουν την ταχύτητα περιστροφής τους, τη φωτεινότητά τους σε άλλα φάσματα φωτός και να ψάξουν στις γύρω περιοχές για να εντοπίσουν υπολείμματα εκρήξεων υπερκαινοφανών αστέρων. Τέτοιου είδους πληροφορίες θα επιτρέψουν στην ερευνητική κοινότητα να κατανοήσει σε μεγαλύτερο βάθος τι συμβαίνει στην «καρδιά» των υπερκαινοφανών αστέρων.

Η τεχνολογία που επέτρεψε την παρατήρηση

Το 2005 αστρονόμοι είχαν παρατηρήσει στο κέντρο του γαλαξία μας ένα φαινόμενο παρόμοιο με αυτό που ανιχνεύτηκε πρόσφατα. Ωστόσο, οι πληροφορίες που είχαν συλλέξει τότε σχετικά με το φαινόμενο ήταν πολύ λιγότερες, κάτι που οφείλεται στα λιγότερο εξελιγμένα – σε σχέση με σήμερα – συστήματα τα οποία είχαν στη διάθεσή τους. «Αυτό που άλλαξε από το 2005 είναι ότι τα σύγχρονα ραδιοτηλεσκόπια, όπως το “Murchison Widefield Array” (MWA), μπορούν να καταγράψουν ένα ευρύτερο φάσμα συχνοτήτων, καθώς επίσης επιτρέπουν και τον προσδιορισμό της πόλωσης των ραδιοκυμάτων» σημειώνει η δρ Νατάσα Χάρλεϊ-Γουόκερ, συμπληρώνοντας: «Το φάσμα συχνοτήτων μάς επιτρέπει να προσδιορίσουμε την απόσταση της πηγής και άλλους δείκτες με τους οποίους υπολογίζουμε τη μεταβολή της φωτεινότητας. Η πόλωση των ραδιοκυμάτων μάς δίνει πληροφορίες σχετικά με τα μαγνητικά πεδία τα οποία εμπλέκονται στην εκπομπή των κυμάτων αυτών. Τέλος, το τηλεσκόπιο MWA έχει ένα μεγάλο αρχείο καταγραφών, με το οποίο μπορούμε να δούμε παρατηρήσεις οκτώμισι ετών, ενώ το οπτικό του πεδίο είναι εξαιρετικά ευρύ, καλύπτοντας 1.000 τετραγωνικές μοίρες. Αυτές οι δύο ιδιότητες μας επέτρεψαν να αναζητήσουμε και να βρούμε εβδομήντα μία εκλάμψεις και να μελετήσουμε με μεγάλη ακρίβεια την περιοδικότητα του φαινομένου».