Νέα αποστολή, η CHIPS, από τη NASA θα μελετήσει τις εκρήξεις υπερκαινοφανών

Από σελίδα της NASA, 6 Ιανουαρίου 2003

Πριν εκατομμύρια χρόνια εξερράγη στον Γαλαξία μας ένα σουπερνόβα. Ήταν ένας από τους πολλούς που εξερράγησαν στη γαλαξιακή μας γειτονιά, όπως αναφέρει ο  αστρονόμος Mark Hurwitz του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϋ.

Τα σουπερνόβα κοντά στη Γη σήμερα είναι σπάνια, αλλά κατά τη διάρκεια της Πλειόκαινης εποχής, που ζούσαν οι αυστραλοπίθηκοι, οι εκρήξεις σουπερνόβα συνέβαιναν συχνότερα. Η πηγή τους ήταν ένα διαστρικό νέφος που ονομάζεται "Sco-Cen", που γλιστρούσε αργά - αργά στο ηλιακό σύστημα. Μέσα σε αυτό, πυκνοί κόμβοι ύλης συγχωνεύτηκαν για να σχηματίσουν βραχύβια ογκώδη αστέρια, τα οποία εξερράγησαν όπως το popcorn.

Οι ερευνητές υπολογίζουν (με μεγάλη αβεβαιότητα) ότι ένα σουπερνόβα σε μια απόσταση 25 έτη φωτός θα εξαφάνιζε ένα μεγάλο μέρος της ζωής στη Γη. Τα αέρια της έκρηξης δεν ήταν ανάγκη να αποτεφρώσουν τον πλανήτη μας. Οι άφθονες κοσμικές ακτίνες που θα εκπέμπονταν ήταν ικανές να καταστρέψουν το στρώμα του όζοντος και να αφήσουν να περάσει μια θανατηφόρος δόση της υπεριώδους (UV) ακτινοβολίας. Οι πρόγονοί μας επέζησαν των εκρήξεων στη Πλειόκενο εποχή μόνο και μόνο επειδή τα σουπερνόβα άστρα δεν ήταν αρκετά κοντά.

Το ξέρουμε επειδή μπορούμε να δούμε το νέφος ακόμα και σήμερα. Είναι 450 έτη φωτός από τη Γη και υποχωρεί στην κατεύθυνση των αστερισμών Σκορπιού και Κενταύρου (για αυτό και το νέφος λέγεται "Sco-Cen"). Ο αστρονόμοσ Jesús Maíz-Apellániz του Πανεπιστημίου Johns Hopkins πρόσφατα μελέτησε πρόσφατα την κίνηση του Sco-Cen και μέτρησε την απόσταση που είχε πριν  περίπου 5 εκατομμύρια έτη. Ήταν μόνο 130 έτη φωτός.

Το νέφος Sco-Cen ήταν τόσο κοντά μόνο για δύο εκατομμύρια χρόνια πριν πεθάνουν μυστηριωδώς μεγάλες ποσότητες πλαγκτόν,  μαλάκια, και άλλα θαλάσσια είδη στη Γη, που είναι ευαίσθητα στην ακτινοβολία UV. Οι Παλαιοντολόγοι χαρακτηρίζουν την εποχή αυτή ως μετάβαση μεταξύ της Πλειόκαινης και της Πλειστόκαινης εποχής. Γύρω από την ίδια εποχή, σύμφωνα με τους Γερμανούς επιστήμονες που έχουν εξετάσει τα πολύ βαθιά ιζήματα από την Πλειόκαινη εποχή, στη Γη τότε εκτοξεύτηκε από το διάστημα το στοιχείο Fe^60. Ένα ισότοπο που δεν υπήρχε στη Γη αλλά δημιουργήθηκε από τις εκρήξεις των υπερκαινοφανών.

Σύμπτωση;

Κανένας δεν ξέρει. Είναι ένας γρίφος που οι ερευνητές ακόμα συναρμολογούν.

Τοπική Φυσαλίδα

Η αναδημιουργία της ιστορίας των υπερκαινοφανών που ήταν πιο παλιά κοντά στη Γη είναι δύσκολη επειδή τα παλαιά σουπερνόβα είναι αόριστα. Τα κελύφη τους, που δημιουργήθηκαν λόγω της έκρηξης τους, εξασθενίζουν καθώς περνούν τα χρόνια.  Οι αστέρες νετρονίων, οι καταρρέοντες πυρήνες των προγόνων των υπερκαινοφανών, μένουν περισσότερο χρόνο, αλλά αυτοί απομακρύνονται  πέρα από το Γαλαξία από τις ασυμμετρίες στην έκρηξη. Τα ασυνήθιστα ισότοπα του σιδήρου, όπως αυτά που συμπίπτουν με την θαλάσσια εξαφάνιση (εξάλειψη), είναι δύσκολο να βρεθούν θαμμένα κάτω από ιζήματα ηλικίας εκατομμυρίων ετών.

Υπάρχει, εντούτοις, ένα προφανές λείψανο: "Όλες εκείνες οι εκρήξεις έφτιαξαν μια τεράστια φυσαλίδα στο διαστρικό μέσο", λέει ο Hurwitz, "και εμείς είμαστε μέσα σε αυτό".

Οι αστρονόμοι την αποκαλούν "Τοπική Φυσαλίδα." Αυτή έχει σχήμα σαν το πήνατς (το γνωστό φυστίκι), περίπου 300 έτη φωτός μακριά μας, και είναι γεμάτο με σχεδόν τίποτα. Το αέριο μέσα σε αυτή τη φυσαλίδα είναι πολύ λεπτό (0,001 άτομα ανά κυβικό εκατοστόμετρο) και πολύ καυτό, ενός εκατομμυρίου βαθμούς -- περίπου 1000 φορές λιγότερο πυκνό και 100 έως 100.000 φορές θερμότερο από το συνηθισμένο διαστρικό υλικό.

Η Τοπική Φυσαλίδα ανακαλύφθηκε βαθμιαία στη δεκαετία του '70 και οι οπτικοί και ραδιοαστρονόμοι της δεκαετίας του '80 ενώ κοίταξαν προσεκτικά στο γαλαξία για το διαστρικό αέριο προς τη μεριά μας, εν τούτοις δεν μπορούσαν να βρουν αρκετό αέριο στη γήινη γειτονιά μας.

Επιπλέον, φάνηκε να υπάρχει μια συσσώρευση του αερίου -- όπως το κέλυφος μιας φυσαλίδας -- περίπου 150 έτη μακριά. Εν τω μεταξύ, οι αστρονόμοι έβλεπαν για πρώτη φορά τον ουρανό  με τη βοήθεια των ακτίνων X, χρησιμοποιώντας δορυφόρους σε τροχιά γύρω από τη Γη. Έτσι αποκάλυψαν μια πυράκτωση, με ακτίνες-X, θερμοκρασίας ενός εκατομμυρίου βαθμού που προέρχεται από όλες τις κατευθύνσεις.

"Τελικά αναγνωρίσαμε ότι το ηλιακό μας σύστημα ήταν μέσα σε μια καυτή, κενή φυσαλίδα", εξηγεί ο Hurwitz.

Σύντομη αναχώρηση

Ίσως και αυτή την εβδομάδα, η NASA προγραμματίζει να προωθήσει έναν δορυφόρο -- το Κοσμικό Καυτό Διαστρικό  Φασματόμετρο Πλάσματος, ή "CHIPS" -- για να μελετήσει την τοπική φυσαλίδα. "Δεν ξέρουμε πολύ για αυτό", λέει ο Hurwitz. Πόσο παλαιά είναι αυτή η φυσαλίδα; Ποια είναι η εσωτερική γεωγραφία της; Πόσο γρήγορα ψύχεται; Τα στοιχεία από το CHIPS θα βοηθήσουν ώστε να απαντηθούν αυτές οι ερωτήσεις.

Το CHIPS θα μπει σε τροχιά γύρω από τη Γη και θα παρατηρεί συνεχώς τη φυσαλίδα χρησιμοποιώντας ένα υπεριώδες (UV) τηλεσκόπιο. "Το αέριο στη φυσαλίδα είναι πολύ φωτεινό στα ακραία UV μήκη κύματος, περίπου 170  Å", εξηγεί ο Hurwitz. Άλλοι δορυφόροι έχουν εξετάσει τέτοιο UV φως από τη φυσαλίδα, αλλά το CHIPS είναι το καλύτερο. Έχει ένα φασματόμετρο πάνω του με 100 κανάλια, που κυμαίνονται από 90  Å ως 260  Å. "Το φασματόμετρο είναι το κλειδί της επιτυχίας," λέει.

Όπως τα ιζήματα στον Ειρηνικό Ωκεανό, το αέριο στην Τοπική Φυσαλίδα περιέχει το παραγόμενο ισότοπο 60 του σιδήρου από τα σουπερνόβα. Τα άτομα του σιδήρου στη Φυσαλίδα έχουν χάσει πολλά από τα ηλεκτρόνιά τους -- τα οποία συγκρούονται χαλαρά από τις συγκρούσεις μέσα στο καυτό αέριο." Το φασματόμετρο του CHIPS θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει τις φασματικές γραμμές από τα άτομα σιδήρου που χάνουν 8, 9, 10 και 11 ηλεκτρόνια, αντίστοιχα. Με τη σύγκριση της έντασης εκείνων των τεσσάρων γραμμών των φασμάτων, οι ερευνητές μπορούν να χαρτογραφήσουν τη θερμοκρασία και την πυκνότητα του αερίου στη φυσαλίδα.

"Εάν βρούμε ένα καυτό σημείο," λέει ο Hurwitz, "αυτό μπορεί να είναι η θέση του πιο πρόσφατου σουπερνόβα". Τα φάσματα θα μας πουν επίσης πόσο γρήγορα ψύχεται το αέριο και με αυτόν τον τρόπο πόσο παλαιά είναι τα διαφορετικά μέρη της φυσαλίδας. Ένας γρήγορα ψυχόμενος κόμβος του αερίου, που είναι ακόμα καυτός, πρέπει να είναι αρκετά νέος, παραδείγματος χάριν.

Θα είναι πολύ σημαντικό επίσης να ερευνήσει την εσωτερική γεωγραφία της φυσαλίδας, επειδή αυτό που βρίσκεται στο εσωτερικό μπορεί να έχει επιπτώσεις στο μέλλον του πλανήτη μας.

Το "τοπικό χνούδι"

Πριν από μερικά εκατομμύρια έτη, συμπύκνωμα ινών - του διαστρικού αερίου έχουν παρασυρθεί στην Τοπική Φυσαλίδα. Το ηλιακό σύστημά μας βυθίζεται σε μια από αυτές τις ίνες -- το "τοπικό χνούδι," που είναι σχετικά ένα ψυχρό νέφος 7000 Κ, που περιέχει 0.1 άτομα ανά κυβικό εκατοστόμετρο. Με τα γαλαξιακά μοντέλα, το τοπικό χνούδι δεν είναι κάτι και πολύ ουσιαστικό. Έχει λίγη επίδραση στη Γη επειδή ο ηλιακός άνεμος και το μαγνητικό πεδίο του ήλιου είναι σε θέση να το κρατήσουν μακριά.

Δεξιά: Το Τοπικό Χνούδι

Υπάρχουν, εντούτοις, πυκνότερα νέφη στο διάστημα. Το νέφος Sco-Cen,  παραδείγματος χάριν, στέλνει ένα ρεύμα διαστρικών μικρών νεφών στην κατεύθυνσή μας. "Μερικά από εκείνα τα μικρά νέφη είναι εκατοντάδες φορές πυκνότερα από το τοπικό χνούδι", λέει η Priscilla Frisch, μία αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου, που μελετά το τοπικό διαστρικό μέσο.

"Εάν βρισκόμαστε σε ένα τέτοιο νέφος, θα συμπίεζε το μαγνητικό πεδίο του ήλιου και θα επέτρεπε σε περισσότερες κοσμικές ακτίνες να διαπεράσουν το εσωτερικό ηλιακό μας σύστημα, με άγνωστα αποτελέσματα για το κλίμα και τη ζωή πάνω στη Γη."

Η Frisch σημειώνει ότι ο Homo Sapiens προέκυψε μόνο αφότου το τοπικό διαστρικό μέσο ξεκαθάρισε. Αν υπάρχουν λιγότερα νέφη  θα υπήρχε ένα σταθερότερο κλίμα για τον πλανήτη μας, υποστηρίζει.

Ο σίδηρος στη Γη

Το μεγαλύτερος μέρος του σιδήρου στο Σύμπαν δημιουργήθηκε από τις εκρήξεις των σουπερνόβα. Ο σίδηρος είναι ένα πολύ σημαντικό κοσμικό στοιχείο επειδή ανακαλύπτει τη μακροπρόθεσμη ιστορία της χημικής εξέλιξης του Κόσμου. Εντούτοις, ο περισσότερος σίδηρος στο διαστρικό μέσο είναι παγιδευμένος στους κόκκους της διαστρικής σκόνης.