Μια σουπερνόβα αφήνει πίσω της ένα μυστήριο αντικείμενο

Πηγή: ESA, 8 Ιουλίου 2006

Χάρις στα στοιχεία από το δορυφόρο XMM-Newton της ESA, μια ομάδα επιστημόνων κατάφεραν να δουν καλύτερα ένα αντικείμενο που είχε ανακαλυφθεί πάνω από 25 έτη πριν και διαπιστώθηκε ότι δεν μοιάζει με κανένα άλλο γνωστό αντικείμενο στο Γαλαξία μας.

Αυτή η εικόνα, που αποκτήθηκε χάρις στο τηλεσκόπιο των ακτίνων X XMM-Newton της ESA στις 23 Αυγούστου του 2005, παρουσιάζει τη συνέχεια μιας παλαιάς έκρηξης ενός άστρου πριν 2000 χρόνια. Στην καρδιά του κεντρικού μπλε σημείου σε αυτήν την εικόνα, μικρότερο και από μία καρφίτσα, πιθανώς βρίσκεται ένα αστέρι νετρονίων διαμέτρου σχεδόν 20 χιλιομέτρων. Η φύση αυτού του αντικειμένου δεν μοιάζει με κανένα άλλο αντικείμενο που ανιχνεύτηκε μέχρι τώρα.

Το αντικείμενο αυτό βρίσκεται στην καρδιά της κατάλοιπου της σουπερνόβας RCW103, τα αεριώδη υπολείμματα ενός άστρου που εξερράγη πριν περίπου 2.000 έτη. Θα αναφέρεται δε στα διδακτικά εγχειρίδια σαν ένα παράδειγμα για το τι απομένει μετά από μια έκρηξη σουπερνόβας: μια φυσαλίδα από εκτιναγμένο υλικό και ενός άστρου νετρονίων.

Μετά από μια συνεχή παρατήρηση 24,5 ωρών ιταλοί αστροφυσικοί αποκάλυψαν κάτι πολύ πιο σύνθετο και περίεργο επίσης. Η ομάδα αυτή έχει διαπιστώσει ότι η εκπομπή από την κεντρική πηγή ποικίλλει με έναν κύκλο που επαναλαμβάνεται κάθε 6,7 ώρες. Αυτή είναι μια εκπληκτικά μεγάλη περίοδος, δεκάδες χιλιάδων φορές πιο μακροχρόνιοι από όσο αναμενόταν για ένα νέο αστέρι νετρονίων. Επίσης, οι φασματικές και χρονικές ιδιότητες του αντικειμένου διαφέρουν από μια προηγούμενη παρατήρηση αυτής της ίδιας της πηγής το 2001 με τον δορυφόρο XMM-Newton της ESA.

"Η συμπεριφορά που βλέπουμε είναι ιδιαίτερα αινιγματική λαμβάνοντας υπόψη τη νεαρή ηλικία του, λιγότερο από 2.000 έτη", λέει ο Andrea de Luca και επικεφαλής συντάκτης της έκθεσης. "Θυμίζει μια πηγή πολλών εκατομμυρίων. Για χρόνια είχαμε μια αίσθηση ότι το αντικείμενο είναι διαφορετικό, αλλά δεν ξέραμε πόσο διαφορετικό ήταν μέχρι τώρα."

Το αντικείμενο ονομάστηκε 1E161348-5055, που οι επιστήμονες έχουν ονομάσει βολικά 1E (όπου το Ε αντιπροσωπεύει το παρατηρητήριο Einstein που ανακάλυψε την πηγή). Ενσωματώνεται σχεδόν τέλεια στο κέντρο της σουπερνόβα RCW 103, περίπου 10.000 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό Norma. Η σχεδόν τέλεια ευθυγράμμιση του 1E με το κέντρο της RCW 103 αφήνει τους αστρονόμους μάλλον βέβαιους ότι τα δύο γεννήθηκαν στο ίδιο καταστροφικό γεγονός.

Όταν ένα αστέρι τουλάχιστον οκτώ φορές μεγαλύτερης μάζας από τον ήλιό μας τελειώσει από τα καύσιμα του, εκρήγνυται με ένα γεγονός που ονομάζεται σουπερνόβα.

 Ο αστρικός πυρήνας που συμπιέστηκε, διαμόρφωσε ένα πυκνό αστέρι νετρονίων ή, εάν εκεί υπήρχε αρκετή μάζα θα έφτιαχνε μια μαύρη τρύπα. Ένα αστέρι νετρονίων περιέχει τη μάζα ενός ήλιου μέσα σε μια σφαίρα διαμέτρου περίπου 20 χιλιομέτρων μόνο.

Οι επιστήμονες έψαχναν για χρόνια για την περιοδικότητα του αντικειμένου 1E προκειμένου να μάθουν περισσότερα για τις ιδιότητές του, όπως το πόσο γρήγορα περιστρέφεται ή εάν έχει έναν αστρικό σύντροφο.

"Η ανίχνευση μιας τέτοιας μεγάλης περιόδου μαζί με την κοσμική μεταβλητότητα στην εκπομπή των ακτίνων X την κάνει μια πολύ παράξενη πηγή", τονίζει η Patrizia Caraveo, μέλος της ομάδας των ιταλών αστροφυσικών. "Τέτοιες ιδιότητες σε ένα συμπαγές αντικείμενο ηλικίας 2000 ετών μας αφήνουν με δύο πιθανά σενάρια, ή είναι βασικά μια πηγή που τροφοδοτείται με προσαύξηση ή τροφοδοτείται με ένα μαγνητικό πεδίο".

Το συμπαγές αντικείμενο 1E θα μπορούσε να είναι ένα απομονωμένο μάγναστρο (magnetar), μια εξωτική υποκατηγορία άστρων νετρονίων με πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Εδώ, οι γραμμές των μαγνητικών πεδίων δρουν σαν φρένο στο περιστρεφόμενο αστέρι, ελευθερώνοντας ενέργεια. Περίπου μια δωδεκάδα τέτοιων μάγναστρων είναι γνωστά. Αλλά το μάγναστρο συνήθως περιστρέφετε αρκετές φορές ανά λεπτό. Εάν το 1E περιστρέφεται μόνο μια φορά κάθε 6,67 ώρες, όπως η ανίχνευση της περιόδου δείχνει, το μαγνητικό πεδίο που απαιτείται για να επιβραδύνει το αστέρι νετρονίων ακριβώς σε 2000 χρόνια θα ήταν πάρα πολύ μεγάλο για να είναι εύλογο.

Ένα στάνταρτ μαγνητικό πεδίο ενός μάγναστρου θα μπορούσε να κάνει αυτή την επιβράδυνση, όμως και ένας δίσκος από συντρίμμια σχηματισμένος από τα εναπομείναντα υλικά του άστρου, βοηθά επίσης να επιβραδύνει την περιστροφή τέτοιων άστρων νετρονίων. Αυτό το σενάριο δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ πριν και θα έδειχνε έναν νέο τύπο εξέλιξης των άστρων νετρονίων.

Μια εναλλακτική λύση για την μεγάλη περίοδο των 6,67 ωρών θα μπορούσε να είναι η τροχιακή περίοδος ενός δυαδικού συστήματος. Μια τέτοια εικόνα ζητάει από ένα χαμηλής μάζας κανονικό αστέρι να κατορθώσει να παραμείνει συνδεδεμένο με το συμπαγές αντικείμενο, που παρήχθη από την έκρηξη σουπερνόβα πριν 2000 χρόνια. Οι παρατηρήσεις το επιτρέπουν σε έναν συνοδό με τη μισή ηλιακή μάζα, ή ακόμα και μικρότερο.

Αλλά το 1E θα ήταν ένα πρωτοφανές παράδειγμα ενός δυαδικού συστήματος με εκπομπή ακτίνων X χαμηλής μάζας στα σπάργανα, εκατομμύριο φορές νεώτερο από τα στάνταρτ δυαδικά συστήματα ακτίνων X με πολύ μικρούς συνοδούς. Η νεαρή ηλικία δεν είναι η μόνη ιδιαιτερότητα του 1E. Το κυκλικό σχέδιο της πηγής είναι πολύ εντονότερο από αυτό που παρατηρείται στα δωδεκάδες δυαδικά συστήματα ακτίνων X με χαμηλή μάζα, που απαιτούν κάποια ασυνήθιστη διαδικασία τροφοδοσίας των άστρων νετρονίων.

Μια διπλή διαδικασία προσαύξησης θα μπορούσε να εξηγήσει τη συμπεριφορά του: Το συμπαγές αντικείμενο συλλαμβάνει ένα μέρος του ανέμου του νάνου αστεριού (προσαύξηση με άνεμο), αλλά είναι επίσης ικανό να εξάγει αέριο από τα εξωτερικά στρώματα του συνοδού του, το οποίο δημιουργεί έναν δίσκο προσαύξησης. Ένας τέτοιος ασυνήθιστος μηχανισμός θα μπορούσε να συμβεί σε μια πρόωρη φάση της ζωής ενός χαμηλής μάζας δυαδικού συστήματος που εκπέμπει ακτίνες X.

"Το RCW 103 είναι ένα αίνιγμα", αναφέρει ο Giovanni Bignami, διευθυντής CESR στην Τουλούζη. "Απλά δεν έχουμε μια αποφασιστική απάντηση γι αυτό που προκαλεί τους μακροχρόνιους κύκλους των ακτίνων X. Όταν το επιλύσουμε πρόκειται να μάθουμε πολύ περισσότερα για τις σουπερνόβες, τα αστέρια νετρονίων και την εξέλιξή τους."

Αν το αστέρι αυτό είχε εκραγεί στο βόρειο ουρανό τότε η Κλεοπάτρα θα μπορούσε να το έχει δει και να το έχει θεωρήσει σαν έναν οιωνό του δυστυχισμένου τέλους της, λέει η Caraveo. Αντίθετα η έκρηξη πραγματοποιήθηκε βαθιά στο νότιο ουρανό, και κανένας δεν την κατέγραψε. Εντούτοις, η πηγή είναι ένας καλός οιωνός για τους  αστρονόμους των ακτίνων X που ελπίζουν να μάθουν κάτι για την αστρική εξέλιξη.

Τα συμπεράσματα εμφανίζονται στο τεύχος της 6ης Ιουλίου 2006 του Science Express, με τίτλο "A long-period, violently-variable X-ray source in a young SNR".

■ Οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει λίγα άστρα με φοβερές εκλάμψεις ακτίνων γ, εκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από κάθε άλλη επαναλαμβανόμενη πηγή ακτίνων γ του σύμπαντος. Οι τεράστιες ενέργειες και τα σήματα των παλμών που εκπέμπονται, δείχνουν ότι πρόκειται για τα δεύτερα πιο ακραία σώματα στο σύμπαν, μετά τις μαύρες τρύπες: τα άστρα νετρονίων.

■ Αυτά τα άστρα νετρονίων έχουν τα πιο ισχυρά μαγνητικά πεδία που μετρήθηκαν ποτέ, και γι αυτό λέγονται και μάγναστρα (magnetars). Για τις εκλάμψεις τους θεωρούνται υπεύθυνες, μαγνητικές αστάθειες ανάλογες με τους γήινους σεισμούς.

■ Τα μάγναστρα παραμένουν ενεργά μόνο για περίπου 10.000 χρόνια. Αυτό σημαίνει ότι εκατομμύρια από αυτά περνούν απαρατήρητα στο Γαλαξία μας.