Το διαστημικό παρατηρητήριο XMM-Newton μέτρησε το μαγνητικό πεδίο ενός αστέρα νετρονίων

Από τη σελίδα astronomy.com, 3 Ιουλίου 2003

Το διαστημικό παρατηρητήριο XMM-Newton της ESA έκανε την πρώτη άμεση μέτρηση που έχει γίνει ποτέ, του μαγνητικού πεδίου ενός αστέρα νετρονίων.

Τα αστέρια νετρονίων ήταν στο κέντρο μιας έντονης ιστορίας ανίχνευσης για περισσότερο από τρεις δεκαετίες και ακόμα η ακριβής φύση τους παραμένει ένα μυστήριο. Μια ομάδα Ευρωπαίων αστρονόμων για πρώτη φορά έχει μετρήσει άμεσα το μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει ένα από αυτά τα παράξενα αστρικά πτώματα.

Μετρώντας τα αποτελέσματα του μαγνητισμού στις εκπεμπόμενες ακτίνες-Χ, αποκαλύφθηκαν μερικές από τις πιο κρυφές λεπτομέρειες της συμπεριφοράς των αστέρων νετρονίων καθώς και η δομή τους. Μέχρι τώρα, οι αστρονόμοι ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσουν μόνο έμμεσες μεθόδους, όπως θεωρητικά μοντέλα της βαρυτικής κατάρρευσης και τις ραδιοπαρατηρήσεις των ρυθμών περιστροφής των πάλσαρ για να υπολογίσουν την ένταση των μαγνητικών πεδίων τους.

Η φωτογραφική μηχανή EPIC του XMM-Newton συνέλαβε αυτήν την εικόνα του αστέρα νετρονίων 1E1207.4-5209.

Τα άστρα νετρονίων, που δημιουργούνται μετά την έκρηξη σουπερνόβα, είναι οι καταρρέοντες πυρήνες τεράστιων  άστρων. Αυτό που παραμένει στη συνέχεια είναι μια εξαιρετικά πυκνή, καυτή σφαίρα μόνο με νετρόνια, διαμέτρου το πολύ  30 km με ένα πολύ έντονο ρυθμό περιστροφής και μεγάλο μαγνητικό πεδίο. Αυτός ο συνδυασμός γρήγορης περιστροφής και ισχυρού μαγνητικού πεδίου στα νεογέννητα άστρα νετρονίων παράγει ενεργητικές εκπομπές που κυμαίνονται από τα ραδιοκύματα μέχρι τις ακτίνες Χ και τις ακτίνες γάμμα.

Χρησιμοποιώντας την υπερευαίσθητη Ευρωπαϊκή Φωτογραφική Μηχανή Απεικόνισης Φωτονίων (EPIC) του παρατηρητηρίου του XMM-Newton, ο Giovanni Bignami του κέντρου d'Etude Spatiale des Rayonnements (CESR) στη Γαλλία και οι Ιταλοί συνεργάτες του ανέλυσαν τις καυτές εκπομπές των ακτίνων X από ένα νέο, απομονωμένο αστέρι νετρονίων. Στη παρατήρηση μιας γαλαξιακής πηγής του XΜΜ-Newton, ο Bignami και οι συνάδελφοί του παρατήρησαν το άστρο νετρονίων 1E1207.4-5209 για 72 ώρες και βρήκαν ένα σύνολο ευδιάκριτων γραμμών απορρόφησης, που ποτέ πριν δεν είχε γίνει, στο φάσμα υψηλής ευκρίνειας των ακτίνων-X.

XMM
Το XMM (The High-Throughput X-ray Spectroscopy Mission) είναι ένα μεγάλο αστροφυσικό παρατηρητήριο ακτίνων-X- και αναπτύχθηκε από την European Space Agency (ESA). Πέταξε τον Δεκέμβριο του 1999. Προβλέπεται να διατηρηθεί για 10 χρόνια, κάνοντας φασματοσκοπικές παρατηρήσεις σε διάφορες κοσμικές πηγές, και θα είναι ένα ισχυρό συμπλήρωμα στο Chandra. Η αποστολή XMM-Newton με το όνομα της τιμάει τον Isaac Newton.

Ο Bignami θεωρεί ότι σωματίδια στο μαγνητικό πεδίο του άστρου νετρονίων παρεμποδίζουν μερικές από τις εξερχόμενες ακτίνες Χ, που μεταδίδουν ένα πολύ ευδιάκριτο φασματικό 'δακτυλικό αποτύπωμα' τους. Έτσι που επιτρέπει στην ομάδα αυτή να υπολογίσει την προκύπτουσα ισχύ του μαγνητικού πεδίου.

Οι ακτίνες- X που εκπέμπονται από ένα άστρο νετρονίων, όπως το 1E1207.4-5209, πρέπει να περάσουν πρώτα από το μαγνητικό πεδίο του άστρου πριν διαφύγουν στο διάστημα. Στο δρόμο τους, σωματίδια μέσα στο μαγνητικό πεδίο του άστρου μπορούν να απορροφήσουν κάποιες από τις διαφεύγουσες ακτίνες-X, 'γράφοντας' στο φάσμα σημάδια αυτής της απορρόφησης, γνωστά ως 'γραμμές απορρόφησης συντονισμού κυκλότρου'. Αυτά τα σημάδια είναι που επέτρεψαν στον  Bignami να μετρήσει την ισχύ του μαγνητικού πεδίου του άστρου νετρονίων.

"Αυτές οι παρατηρήσεις μας επιτρέπουν τώρα να καταλάβουμε καλύτερα την κατάσταση και την ελλοχεύουσα φυσική των άστρων νετρονίων", προσθέτει ο Bignami.

Εντούτοις, το μαγνητικό πεδίο του αστεριού νετρονίων είναι 30 φορές πιό ασθενές από όλες τις προηγούμενες προβλέψεις, κάτι που δημιουργεί ένα νέο γρίφο για τους αστρονόμους.

Η ομάδα του Bignami σκέπτεται ότι υπάρχει ένας δίσκος συντριμμιών σε τροχιά γύρω από το νεκρό άστρο 1E1207.4-5209, που καθυστερεί το ρυθμό περιστροφής του καθώς και μειώνει τον ηλεκτρομαγνητισμό του.

Με την αποκαλυπτική φασματική υπογραφή του, που δείχνει ένα μαγνητικό πεδίο πολλές φορές πιο ασθενές από ό,τι αναμενόταν, το άστρο 1E1207.4-5209 μπορεί να δείχνει στους επιστήμονες το δρόμο για να αναδιαμορφώσουν τα μοντέλα αυτών των αστρικών πτωμάτων.

Η ερώτηση τώρα που μπαίνει στο νου των αστρονόμων είναι εάν αυτό το άστρο νετρονίων είναι μοναδικό ή ακριβώς το πρώτο του είδους του που προσδιορίζεται.

Ο Bignami και οι συνάδελφοί του προγραμματίζουν να στοχεύσουν σε περισσότερα αστέρια νετρονίων χρησιμοποιώντας το XMM-Newton για να απαντήσουν σε αυτή την ερώτηση.

Αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στην έκδοση του Nature της 11 Ιουνίου 2003.