Με τις ακτίνες-Χ ελέγχονται οι αστέρες νετρονίων

Από σελίδα του PhysicsWeb, 6 Νοεμβρίου 2002

Τα αστέρια νετρονίων, όπως υπονοεί και το όνομά τους, είναι φτιαγμένα από νετρόνια, αλλά οι αστροφυσικοί δεν ήταν σε θέση να αποφανθούν για τη πιθανότητα να μπορούν επίσης να περιέχουν κι άλλες εξωτικές μορφές της ύλης. Τώρα μια ομάδα ερευνητών στο Διαστημικό Κέντρο Πτήσεων της NASA Goddard, το Πανεπιστήμιο της Κολούμπια και το Εθνικό Ίδρυμα SRON για τη Διαστημική Έρευνα στην Ολλανδία έχει αποβάλει μια από τις πιθανότητες - τα αστέρια νετρονίων δεν περιέχουν παράξενη ύλη. Το εύρημα είναι βασίζεται στις παρατηρήσεις με ακτίνες-X, που γίνονται με το παρατηρητήριο XMM Newton (Cottam και λοιποί. Nature 2002 420 51)

Τα αστέρια νετρονίων είναι εξαιρετικά πυκνά αντικείμενα, που διαμορφώνονται λόγω της κατάρρευσης των μεγάλων αστεριών. Είναι διαμέτρου μόνο 10 χιλιόμετρα περίπου, αλλά είναι τουλάχιστον 40% βαρύτερα από τον ήλιο, πράγμα που σημαίνει ότι η πυκνότητα των πυρήνων τους είναι αρκετές φορές περισσότερη από την πυκνότητα ενός ατομικού πυρήνα. Εντούτοις, είναι πιθανό ότι τα αστέρια νετρονίων θα μπορούσαν επίσης να περιέχουν κι άλλα σωματίδια όπως τα παράξενα quarks, πιόνια ή καόνια.

Είναι σχετικά απλό να καθοριστεί η μάζα ενός τέτοιου αστεριού αλλά είναι δυσκολότερο να μετρηθεί η ακτίνα - ειδικά εάν το αστέρι είναι διαμέτρου λίγων χιλιομέτρων και απόστασης περισσότερο από 10¹⁶ χιλιόμετρα. Η μια προσέγγιση είναι να χρησιμοποιήσουμε υψηλής ευκρίνειας φασματοσκοπία για να μετρήσουμε την μετατόπιση προς το ερυθρό, που προκαλείται από το ισχυρό βαρυτικό πεδίο στην επιφάνεια του αστεριού. Αυτό η μετατόπιση προς το ερυθρό ή redshift εξαρτάται από το λόγο της μάζας του αστεριού προς την ακτίνα του. Εντούτοις, το μαγνητικό πεδίο γύρω από ένα αστέρι μπορεί να τροποποιήσει αρκετά τις γραμμές στο φάσμα του, που καθιστά πολύ δύσκολο στην ερμηνεία του.

Για να υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές μελέτησαν το EXO 0748-676, ένα αστέρι  νετρονίων μικρής μάζας που έχει ένα ασθενές επιφανειακό μαγνητικό πεδίο (περίπου 10⁷ -10⁹ Gauss). Αν και αυτό το πεδίο είναι τεράστιο αν συγκριθεί με της Γης (1 Gauss), είναι πολύ ασθενές για να έχει μια σημαντική επίδραση στα ατομικά φάσματα.

Το άστρο αυτό είναι μέρος ενός δυαδικού αστρικού συστήματος τοποθετημένο στον αστερισμό Volans, ή του Flying Fish, περίπου 30.000 έτη φωτός μακριά μας στο Γαλαξία μας, ορατό στο Νότιο Ημισφαίριο με ένα μεγάλο τηλεσκόπιο.

Η ερευνητική ομάδα NASA-Columbia-SRON παρατήρησε το αστέρι κατά τη διάρκεια μιας σειράς 28 εκπομπών ακτίνων-X. Βρήκαν τρεις ισχυρές φασματικές γραμμές σιδήρου και οξυγόνου και προσδιόρισαν τρία σύνολα μετατοπίσεων προς το ερυθρό, που είχαν όλα τιμή z=0.35. Αυτή η τιμή είναι στην περιοχή που αναμένεται για ένα αστέρι το οποίο γίνεται μόνο με την κανονική ύλη, με νετρόνια. Επιπλέον, τα αποτελέσματα δεν συμφωνούν με τα μοντέλα για τα αστέρια με παράξενη ύλη.

Η ομάδα προγραμματίζει τώρα να εκτελέσει πιο λεπτομερείς υπολογισμούς προκειμένου να βρεθούν καλύτερες τιμές και να ερμηνευθούν τα αποτελέσματά τους. "Το επόμενο βήμα θα είναι να υπολογιστούν οι ιδιότητες της ατμόσφαιρας των αστέρων νετρονίων, έτσι ώστε να μπορούμε πλήρως να ωφεληθούμε πλήρως με τις διαθέσιμες πληροφορίες στα φάσματά μας", λέει ο Jean Cottam του Διαστημικού Κέντρου Πτήσεων της NASA Goddard. "Έχουμε αρχίσει να εξάγουμε μόνο όλες τις διαθέσιμες πληροφορίες από τα στοιχεία μας, αλλά τα επόμενα βήματα θα απαιτήσουν θεωρητικότερη εργασία."