Η αποκάλυψη μιας σπάνιας μετατροπής ενός άστρου νετρονίων σε magnetars

Από σελίδα της NASA, 7 Ιανουαρίου 2004

Σε μια παρατήρηση οι επιστήμονες φάνηκαν τυχεροί, γιατί ανακάλυψαν ένα άστρο νετρονίων την εποχή που αλλάζει προς μία σπάνια μορφή: αυτή του magnetar που έχει ένα εξαιρετικά μεγάλο μαγνητικό πεδίο. Μέχρι τώρα κανένα τέτοιο γεγονός δεν είχε επιβεβαιωθεί στα σίγουρα. Χάρις σε αυτή την ανακάλυψη έχουμε βρει το δέκατο επιβεβαιωμένο magnetar και το πρώτο μεταβατικό magnetar.

Η παροδική φύση αυτού του αντικειμένου, που ανακαλύφθηκε τον Ιούλιο του 2003 με το διαστημικό εξερευνητή Rossi ακτίνων-Χ της NASA, μπορεί τελικά να καλύψει ένα σημαντικό χάσμα στην εξέλιξη των αστέρων νετρονίων. Ο Alaa Ibrahim του Πανεπιστημίου George Washington και του Διαστημικού Κέντρου Goddard της NASA, παρουσίασε αυτό το αποτέλεσμα στη συνεδρίαση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στην Ατλάντα.

Ένα αστέρι νετρονίων είναι ο παραμένων πυρήνας ενός αστεριού με μάζα τουλάχιστον οκτώ φορές μεγαλύτερη από του ήλιου, το οποίο εξερράγη σε ένα γεγονός σουπερνόβας. Τα αστέρια νετρονίων είναι αντικείμενα ιδιαίτερα συμπαγή, ιδιαίτερα μαγνητικά, περιστρεφόμενα πολύ γρήγορα. Για παράδειγμα μοιάζουν σαν ο ήλιος μας να συμπιεστεί σε μια σφαίρα περίπου 20 χιλιομέτρων.

Ένας magnetar από την άλλη μεριά, έχει ένα μαγνητικό πεδίο μέχρι και χίλιες φορές (10¹⁴ Gauss) μεγαλύτερο από τα συνηθισμένα αστέρια νετρονίων.

Το γήινο μαγνητικό πεδίο, για σύγκριση, είναι περίπου 0,5 Gauss, και ένας ισχυρός μαγνήτης του ψυγείου είναι περίπου 100 Gauss.

Το Magnetar ακτινοβολεί κυρίως στις ακτίνες Χ και είναι τα μόνα γνωστά αστέρια που ακτινοβολούν κυρίως λόγω του ισχυρού μαγνητικού πεδίου.

Το άστρο που παρατηρήθηκε στηρίζει τη θεωρία που λέει ότι μερικά αστέρια νετρονίων γεννιούνται με αυτά τα υπερβολικά υψηλά μαγνητικά πεδία, αλλά αρχικά μπορούν να είναι πάρα πολύ αμυδρά για να τα δούμε και να τα μετρήσουμε. Όσο περνάει ο χρόνος, εντούτοις, αυτά τα μαγνητικά πεδία επιβραδύνουν την περιστροφή ενός άστρου νετρονίων.

Αλλά η επιβράδυνση της επιστροφής ελευθερώνει ενέργεια, κάνοντας έτσι το αστέρι φωτεινότερο. Οι πρόσθετες διαταραχές στο μαγνητικές πεδίο και το φλοιό του αστεριού μπορούν να το καταστήσουν ακόμα φωτεινότερο. Έτσι μπορούμε να μετρήσουμε το μαγνητικό του πεδίου. Το άστρο που πρόσφατα ανακαλύφτηκε, ονομάζεται XTE J1810-197.

"Η ανακάλυψη αυτής της πηγής ήρθε χάρις σε ένα άλλο magnetar που παρακολουθούσαμε, το SGR 1806-20", λέει ο Ibrahim. Αυτός και οι συνάδελφοί του ανίχνευσαν το XTE J1810-197 με τον Εξερευνητή των ακτίνων-Χ Rossi, μέσα στο Γαλαξία μας και σε απόσταση περίπου 15.000 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του Τοξότη.

Οι επιστήμονες επισήμαναν τη θέση της πηγής με το άλλο παρατηρητήριο των ακτίνων X, το Chandra της NASA, το οποίο δίνει έναν ακριβέστερο προσδιορισμό της θέσης από ό,τι το Rossi. Ελέγχοντας τα ιστορικά στοιχεία των παρατηρήσεων από τον εξερευνητή Rossi, ο Craig Markwardt της NASA υπολόγισε ότι το άστρο XTE J1810-197 έγινε ενεργό (δηλαδή 100 φορές πιο φωτεινότερο από όσο ήταν πριν), γύρω στον Ιανουάριο του 2003.

Κοιτάζοντας ακόμα πιο πίσω στα ιστορικά παρατηρησιακά αρχεία από τους ASCA και ROSAT, δύο παροπλισμένους διεθνείς δορυφόρους, η ομάδα μπόρεσε να επισημάνει τον XTE J1810-197 ως ένα πολύ αμυδρό, απομονωμένο αστέρι νετρονίων από το 1990, Κατά συνέπεια, είναι γνωστή η ιστορία του XTE J1810-197 από το 1990.

Η παλαιά ανενεργή κατάσταση του XTE J1810-197, ήταν παρόμοια με μερικά άλλα μυστήρια αντικείμενα, που ονομάζονται Συμπαγή Κεντρικά Αντικείμενα (CCO) και Αμυδρά Απομονωμένα Άστρα Νετρονίων (DINS).

Αυτά τα αντικείμενα είναι πιθανά αστέρια νετρονίων που δημιουργούνται στις καρδιές των αστεριών που εκρήγνυνται, και κάποια ακόμα κατοικούν εκεί, αλλά είναι τόσο αμυδρά που δεν μπορούν να μελετηθούν λεπτομερώς.

Ένα σημάδι για ένα άστρο νετρονίων είναι το μαγνητικό του πεδίο. Αλλά για να το μετρήσουν, οι επιστήμονες χρειάζονται να ξέρουν την περίοδο της περιστροφής του άστρου νετρονίων και το ρυθμό που επιβραδύνεται. Όταν το άστρο XTE J1810-197 ακτινοβόλησε, η ομάδα μπορούσε να μετρήσει την περιστροφή της (1 περιστροφή ανά 5 δευτερόλεπτα, που είναι χαρακτηριστικό των magnetars), το ρυθμό που επιβραδύνεται και έτσι και το μαγνητικό πεδίο του (300 τρισεκατομμύρια Gauss).

Στην κλάση των αστεριών νετρονίων, υπάρχουν επίσης τα Ανώμαλα Πάλσαρ των ακτίνων X (AXP) καθώς και οι Επαναλήπτες Μαλακών Ακτίνων-γ (SGR). Και τα δύο θεωρούνται τώρα ότι είναι το ίδιο είδος αυτών των αντικειμένων, των magnetars. Αυτή τη μεταξύ τους σύνδεση, την υποστήριξε ο Peter Woods σε μια άλλη συνεδρίαση της American Astronomical Society (AAS).

Αυτά τα αντικείμενα περιοδικά αλλά απρόβλεπτα εκρήγνυνται με ακτίνες-X και ακτίνες γάμμα. Τα CCO και τα DINS εμφανίζονται να μην έχουν μια παρόμοια ενεργή κατάσταση.

Όπως είπε ο Ibrahim, ένα άστρο νετρονίων, που κατέχει ένα υπερβολικά υψηλό μαγνητικό πεδίο, μπορεί να περάσει μέσα από αυτές τις τέσσερις φάσεις κατά τη διάρκεια της ζωής του.

"Η παροδική φύση του XTE J1810-197 δίνει τα πρώτα απτά στοιχεία υπέρ μιας τέτοιας συγγένειας", αναφέρει ο Ibrahim.

"Με κάποια περισσότερα παραδείγματα τέτοιων άστρων που εμφανίζουν μια παρόμοια τάση, θα μπορούσαμε να φτιάξουμε ένα ιστορικό οικογενειακό δέντρο ενός magnetar"

"Η παρατήρηση αυτή υπονοεί ότι τα magnetars θα μπορούσαν να είναι πιο συνηθισμένα από ό,τι φαίνεται",λέει το μέλος της ομάδας Jean Swank της NASA Goddard.

"Τα magnetars φαίνεται ότι μετατρέπονται. Τα SGR μετατρέπονται σε AXP και τα AXP μπορεί να αρχίσουν να συμπεριφέρονται όπως τα SGR οποτεδήποτε και χωρίς καμιά προειδοποίηση", λέει το μέλος της ομάδας Χρύσσα Κουβελιώτου της NASA, η οποία έλαβε το βραβείο Rossi του 2003, στη συνεδρίαση της AAS για την εργασία της στα magnetars.

"Αυτό που άρχισε με μερικές περίεργες πηγές, μπορεί σύντομα να αποδειχθεί ότι καλύπτει έναν τεράστιο αριθμό αντικειμένων στο γαλαξία μας."