Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ και τη συμμετοχή του Ινστιτούτου Διαστημικών Επιστημών (ICE-CSIC), εντόπισε ένα μοναδικό αστρικό σύστημα που λειτουργεί ως φυσικό εργαστήριο για την εξιχνίαση της ακραίας φυσικής η οποία σχετίζεται με έναν τύπο κοσμικών σημάτων, τα οποία μέχρι στιγμής ήταν ελάχιστα κατανοητά.
Τα αποτελέσματα της έρευνας, που δημοσιεύθηκαν στο Nature Astronomy, υποδεικνύουν το διπλό σύστημα ASKAP J1745−5051 ως την ισχυρότερη ένδειξη για την προέλευση των ασυνήθιστων ραδιοπαλμών.
Πρόκειται για το πιο ξεκάθαρο στοιχείο που έχει εξασφαλιστεί μέχρι σήμερα σχετικά με τη γένεση αυτού του φαινομένου.
Λευκός και κόκκινος νάνος: Το αστρικό σύστημα που τράβηξε τα βλέμματα των επιστημόνων
Η ανακάλυψη επετεύχθη χάρη στη συνδυασμένη χρήση του ραδιοτηλεσκοπίου ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder), το οποίο ανήκει στον Εθνικό Οργανισμό Επιστημονικής Έρευνας της Αυστραλίας (CSIRO), και του διαστημικού παρατηρητηρίου ακτίνων Χ Einstein Probe, το οποίο αποτελεί προϊόν συνεργασίας μεταξύ της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (CAS), του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), του Ινστιτούτου Μαξ Πλανκ (Max Planck) και του Εθνικού Κέντρου Διαστημικών Μελετών της Γαλλίας (CNES). Με τη βοήθεια αυτών των οργάνων, η ομάδα κατάφερε να παρατηρήσει ένα διπλό σύστημα που αποτελείται από δύο εντελώς διαφορετικούς τύπους άστρων:
Έναν λευκό νάνο και έναν κόκκινο νάνο. Ο λευκός νάνος είναι ένα εξαιρετικά πυκνό αστρικό υπόλειμμα, με μέγεθος περίπου όσο η Γη αλλά με μάζα κοντά σε αυτή του Ήλιου. Ο συνοδός του, ο κόκκινος νάνος, είναι ένα φυσικά μεγαλύτερο άστρο αλλά με πολύ μικρότερη μάζα, η οποία αντιστοιχεί περίπου στο ένα δέκατο της μάζας του Ήλιου.
Ο χορός της απομύζησης και οι περιοδικές εκρήξεις
Τα δύο αστέρια περιφέρονται σε τόσο κοντινή απόσταση μεταξύ τους, που ολοκληρώνουν μια πλήρη περιστροφή γύρω από το κοινό κέντρο μάζας τους σε λίγο περισσότερο από μία ώρα. Η εγγύτητα αυτή αναγκάζει τον λευκό νάνο, με την πανίσχυρη βαρυτική του δύναμη, να απομυζά υλικό από τον μεγαλύτερο αλλά λιγότερο πυκνό σύντροφό του.
Καθώς το υλικό αυτό στροβιλίζεται προς τον λευκό νάνο, θερμαίνεται και παράγει εκπομπές ακτίνων Χ, ενώ οι αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στα μαγνητικά πεδία των δύο άστρων προκαλούν ισχυρές εκρήξεις ραδιοκυμάτων, οι οποίες επαναλαμβάνονται σε έναν κύκλο ακριβώς 1,4 ωρών.
«Αυτό που είναι ακόμη πιο εκπληκτικό είναι ότι, χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις ακτίνων Χ με το Einstein Probe, εντοπίσαμε την ίδια διαμόρφωση 1,4 ωρών και στην πηγή των ακτίνων Χ», δήλωσε η Νάντα Ρέα (Nanda Rea), συνσυγγραφέας της μελέτης, μέλος της επιστημονικής ομάδας του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) για το Einstein Probe, καθώς και ερευνήτρια στο ICE-CSIC και στο Ινστιτούτο Διαστημικών Μελετών της Καταλονίας (IEEC).
«Για πρώτη φορά προσδιορίσαμε την προέλευση αυτών των σημάτων, επιβεβαιώνοντας ότι η πηγή είναι μια “κατακλυσμιαία μεταβλητή”, δηλαδή ένας λευκός νάνος που βρίσκεται σε διαδικασία προσαύξησης (απομύζησης υλικού)», πρόσθεσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Κόβι Ρόουζ (Kovi Rose), διδακτορικός ερευνητής στη Σχολή Φυσικής του Πανεπιστημίου του Σίδνεϊ και μέλος του CSIRO.
Το μυστήριο των μακράς περιόδου ραδιοπηγών
Οι λεγόμενες ραδιοφωνικές μεταβατικές πηγές μακράς περιόδου (long-period radio transients) είχαν προβληματίσει την αστρονομική κοινότητα για χρόνια. Μέχρι σήμερα, είχαν εντοπιστεί μόλις καμιά δεκαριά τέτοια αντικείμενα και η φύση τους παρέμενε ασαφής.
Αρχικά, θεωρούνταν ότι επρόκειτο για αστέρες νετρονίων με εξαιρετικά αργή περιστροφή, γνωστοί ως πάλσαρ, όμως τα τρέχοντα θεωρητικά μοντέλα δείχνουν ότι τέτοιοι αργά περιστρεφόμενοι αστέρες νετρονίων δεν θα ήταν ικανοί να παράγουν αυτού του είδους το σήμα.
Η ανακάλυψη του συστήματος ASKAP J1745−5051 στηρίζει μια εναλλακτική εξήγηση: ότι τουλάχιστον μερικές από αυτές τις μυστηριώδεις εκλάμψεις ραδιοκυμάτων προέρχονται από διπλά αστρικά συστήματα που περιλαμβάνουν έναν λευκό νάνο.
Η σύνδεση των ραδιοεκρήξεων με τις φυσικές διεργασίες
Αυτό που καθιστά το συγκεκριμένο σύστημα εξαιρετικό είναι η δυνατότητα άμεσης σύνδεσης των ραδιοεκρήξεων με τις φυσικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο διπλό σύστημα. Οι ταυτόχρονες παρατηρήσεις σε ραδιοκύματα και ακτίνες Χ επέτρεψαν τη διαμόρφωση μιας συνεκτικής εικόνας, κάτι που δεν είχε καταστεί εφικτό με καμία από τις εκατοντάδες κατακλυσμιαίες μεταβλητές που ήταν προηγουμένως γνωστές μέσω οπτικών παρατηρήσεων ή παρατηρήσεων ακτίνων Χ.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι η ραδιοεκπομπή πιθανότατα προέρχεται από το σημείο όπου συναντώνται τα μαγνητικά πεδία των δύο άστρων, μια τοποθεσία όπου το φορτισμένο υλικό που αποβάλλει ο κόκκινος νάνος αλληλεπιδρά βίαια, παράγοντας εξαιρετικά συμπυκνωμένες εκλάμψεις ακτινοβολίας.
«Οι ταυτόχρονες παρατηρήσεις σε ραδιοκύματα και ακτίνες Χ προσφέρουν μια πρωτοφανή εικόνα του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν τα μαγνητικά πεδία, η προσαύξηση υλικού και η τροχιακή κίνηση, αποκαλύπτοντας μια συμπεριφορά που δεν έχουμε ξαναδεί ποτέ σε κατακλυσμιαία μεταβλητή», εξήγησε η Nanda Rea.
Οι Ακτίνες Χ ως κλειδί για τη σωστή ερμηνεία
Η ανίχνευση ακτίνων Χ αποδείχθηκε ότι ήταν το κλειδί για τη σωστή ερμηνεία του φαινομένου. Σύμφωνα με τον Yilong Wang, ερευνητή στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, ICE-CSIC και IEEC, η ανίχνευση ακτίνων Χ ήταν καθοριστική επειδή μας επέτρεψε να παρακολουθήσουμε τη διαδικασία προσαύξησης απευθείας πάνω στον λευκό νάνο.
Συνδυάζοντας τα σήματα ακτίνων Χ και ραδιοκυμάτων, μπορούμε επιτέλους να δημιουργήσουμε μια συνεκτική εικόνα του συστήματος και να κατανοήσουμε την προέλευση αυτών των long-period transients, που αποτελούσαν μυστήριο για χρόνια.
Αυτό το σύστημα είναι επίσης το δεύτερο γνωστό long-period radio transient που εκπέμπει ακτίνες Χ τακτικά, και το πρώτο στο οποίο η αιτία αυτής της περιοδικότητας έχει επιβεβαιωθεί.
Ο καθηγητής Murphy, επικεφαλής του Τμήματος Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Σίνδεϊ και κύριος ερευνητής στο ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), σημείωσε ότι ορισμένα παρόμοια αντικείμενα είχαν ήδη συνδεθεί με διπλά συστήματα, αλλά αυτό είναι το πρώτο στο οποίο μπορούμε να δούμε καθαρά τόσο τα αστέρια όσο και τη διαδικασία προσαύξησης σε δράση.
Μια αστρική «στήλη της Ροζέτας»
Η ομάδα υποστηρίζει ότι το ASKAP J1745-5051 θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως σημείο αναφοράς για την κατανόηση άλλων long-period radio transient αντικειμένων. Σύμφωνα με τα λόγια του Kovi Rose, αυτό το σύστημα μας επιτρέπει να αποκωδικοποιήσουμε αυτά τα σήματα.
Θα μπορούσε να μας βοηθήσει να προσδιορίσουμε εάν άλλες μακράς περιόδου μεταβατικές ραδιοπηγές μοιάζουν περισσότερο με pulsars ή με συστήματα λευκών νάνων, λειτουργώντας ως μια αστρική Στήλη της Ροζέτας (Rosetta Stone), κατ’ αναλογία με το περίφημο θραύσμα μιας αρχαίας αιγυπτιακής στήλης που επέτρεψε τη μετάφραση των ιερογλυφικών.
Η διεθνής ομάδα, η οποία περιλαμβάνει επιστήμονες από τις Ηνωμένες Πολιτείες, την Κίνα, τον Καναδά, την Ισπανία, το Ισραήλ και την Αυστραλία, σχεδιάζει να πραγματοποιήσει περαιτέρω παρατηρήσεις με ραδιοτηλεσκόπια, οπτικά και τηλεσκόπια ακτίνων Χ για να κατανοήσει καλύτερα τους μηχανισμούς που παράγουν αυτές τις εκπομπές και να επαληθεύσει εάν παρόμοιες διεργασίες μπορούν να εξηγήσουν όλες τις μακράς περιόδου μεταβατικές ραδιοπηγές.
Για αυτήν την ανακάλυψη, εκτός από το ASKAP και το Einstein Probe, χρησιμοποιήθηκαν το Australia Telescope Compact Array (επίσης του CSIRO), το ραδιοτηλεσκόπιο MeerKAT στη South Africa, τα οπτικά τηλεσκόπια SOAR και το Giant Magellan Telescope στη Chile, καθώς και τα διαστημικά τηλεσκόπια Swift (σε υπεριώδες και ακτίνες Χ) και το Einstein Probe για ακτίνες Χ.
