|
Χρησιμοποιώντας ευρωπαϊκούς και αμερικανικούς δορυφόρους ακτίνων-X αστρονόμοι
παρατήρησαν την προβλεφθείσα διαστρέβλωση του χωροχρόνου από τον
Αϊνστάιν γύρω από τρία άστρα νετρονίων, και με αυτό τον τρόπο
έγιναν πρωτοπόροι σε μια νέα τεχνική για τον καθορισμό των ιδιοτήτων αυτών των
υπέρπυκνων αντικειμένων.
 Μια
εικόνα καλλιτεχνική που δείχνει έναν δίσκο από καυτό αέριο γύρω
από ένα άστρο νετρονίων. Το αέριο στο εσωτερικό μέρος του δίσκου περιστρέφεται
γύρω από το άστρο νετρονίων με, περίπου, 40% της ταχύτητας
του φωτός. Τόσο γρήγορα που αυτό βιώνει τα αποτελέσματα που προβλέπονται από
τις θεωρίες της σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Τα άστρα νετρονίων ως γνωστόν είναι τα πυκνότερα αντικείμενα
στον Κόσμο. Ύλη σαν του ήλιου μας περιέχεται σε μια σφαίρα όσο και μια
μικρή πόλη, που σημαίνει ότι μερικά φλιτζάνια από την ουσία ενός άστρου
νετρονίων ξεπερνά το βάρος του όρους Έβερεστ. Οι
αστρονόμοι χρησιμοποιούν αυτά τα άστρα που έχουν καταρρεύσει ως φυσικά εργαστήρια
για να μελετήσουν, πόσο κοντά η ύλη μπορεί να βρεθεί κάτω από τις πιο
ακραίες πιέσεις που μπορεί να προσφέρει η φύση.
"Είναι θεμελιώδης φυσική", λέει ο Sudip Bhattacharyya του κέντρου
διαστημικής πτήσης Goddard της NASA. "Θα μπορούσαν να υπάρχουν
εξωτικά είδη σωματιδίων ή καταστάσεις της ύλης, όπως ύλη από κουάρκ στα κέντρα των
άστρων νετρονίων, αλλά είναι
αδύνατο να δημιουργηθούν στο εργαστήριο. Ο μόνος τρόπος να τα ανακαλύψουμε
είναι να γίνουν κατανοητά τα άστρα νετρονίων."
Για να εξετάσουν αυτό το μυστήριο, οι επιστήμονες πρέπει με ακρίβεια να μετρήσουν τη διάμετρο
και τη μάζα των άστρων νετρονίων.
Σε δύο ταυτόχρονες μελέτες, μία με το παρατηρητήριο ακτίνων X XMM-Newton
της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας και μια άλλη με το
ιαπωνικό/αμερικανικό
παρατηρητήριο ακτίνων X Suzaku, οι αστρονόμοι έχουν κάνει ένα μεγάλο βήμα
προς τα εμπρός.
Χρησιμοποιώντας το XMM-Newton ο Bhattacharyya και ο συνάδελφος του Tod Strohmayer
της NASA παρατήρησαν ένα δυαδικό σύστημα γνωστό ως Serpens
Χ-1, το οποίο περιέχει ένα άστρο νετρονίων και έναν αστρικό συνοδό του.
Οι ερευνητές μελέτησαν μια φασματική γραμμή από καυτά άτομα σιδήρου, που
στρέφονται γύρω το άστρο σε
έναν δίσκο λίγο πιο πέρα από την επιφάνεια του άστρου νετρονίων με μια
ταχύτητα το 40% της ταχύτητας του φωτός.
Προηγουμένως τα παρατηρητήρια των ακτίνων X είχαν ανιχνεύσει τις γραμμές
του σιδήρου
γύρω από τα άστρα νετρονίων, αλλά δεν είχαν την ευαισθησία για να
μετρήσουν τις μορφές των γραμμών λεπτομερώς. Χάρις στα μεγάλα κάτοπτρα του XMM-Newton,
οι Bhattacharyya και Strohmayer διαπίστωσαν ότι η
γραμμή του σιδήρου διευρύνεται ασυμμετρικά από την πολύ μεγάλη ταχύτητα του αερίου,
η οποία διαστρεβλώνει τη γραμμή λόγω της επίδρασης Doppler και
των φαινομένων που προβλέπονται από την ειδική θεωρία της σχετικότητας. Η στρέβλωση
του χωροχρόνου από την ισχυρή βαρύτητα
του άστρου νετρονίων, ένα φαινόμενο της γενικής θεωρίας της
σχετικότητας, μετατοπίζει τη γραμμή του σιδήρου του άστρου νετρονίων σε
μεγαλύτερα μήκη κύματος.
"Έχουμε δει αυτές τις ασυμμετρικές γραμμές από πολλές μαύρες τρύπες, αλλά
τώρα είναι η πρώτη επιβεβαίωση ότι επίσης και τα άστρα νετρονίων μπορούν να τις
παραγάγουν. Δείχνει δε ότι ο τρόπος που τα άστρα νετρονίων προσαυξάνουν
την ύλη τους δεν είναι και πολύ διαφορετικός από αυτόν των μαύρων οπών, και
αυτό μας δίνει
ένα νέο εργαλείο για τον έλεγχο της θεωρίας του Einstein", λέει ο Strohmayer.
Επίσης, μια άλλη ομάδα που καθοδηγήθηκε από τον Edward Cackett και τον Jon Miller
από το
πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν, χρησιμοποίησε τις θαυμάσιες φασματικές ικανότητες
του Suzaku για να ερευνήσει τρία
δυαδικά αστεριών νετρονίων: Serpens Χ-1, GX 349+2, και Ϋ 1820-30. Έτσι, αυτή η
ομάδα παρατήρησε μια σχεδόν ίδια γραμμή σιδήρου στο Serpens Χ-1, που
επιβεβαιώνει το αποτέλεσμα του XMM-Newton. Ανίχνευσε ομοίως λοξές γραμμές
σιδήρου στα άλλα δύο συστήματα επίσης.
"Βλέπουμε το αέριο να συντρίβεται λίγο έξω από την επιφάνεια του
άστρου
νετρονίων", λέει ο Cackett. "Και δεδομένου ότι το εσωτερικό μέρος του
δίσκου δεν μπορεί προφανώς να μπει σε τροχιά πιο κοντά από την
επιφάνεια του άστρου νετρονίων, αυτές οι μετρήσεις μας δίνουν ένα
μέγιστο της διαμέτρου του αστεριού νετρονίων. Τα άστρα
νετρονίων δεν μπορούν να είναι μεγαλύτερα από 28 έως 32 χιλιόμετρα
περίπου, αποτελέσματα που συμφωνούν με άλλους τύπους μετρήσεων."
"Τώρα που έχουμε δει αυτήν την σχετικιστική γραμμή σιδήρου γύρω από τρία
άστρα νετρονίων, έχουμε καθιερώσει μια νέα τεχνική", προσθέτει ο
Miller. "Είναι πολύ δύσκολο να μετρήσει κάποιος τη μάζα και τη διάμετρο ενός
άστρου νετρονίων, έτσι χρειαζόμαστε διάφορες τεχνικές για να επιτύχουμε
αυτό τον στόχο."
Το μέγεθος και η μάζα ενός άστρου νετρονίων επιτρέπουν στους
φυσικούς να περιγράψουν την "εξίσωση της κατάστασης" της ύλης που
βρίσκεται μέσα σε αυτά τα απίστευτα πυκνά αντικείμενα.
Εκτός από τη χρήση αυτών των γραμμών σιδήρου για την δοκιμή της γενικής θεωρίας
της σχετικότητας του Einstein, οι αστρονόμοι μπορούν να εξετάσουν τους
όρους στο εσωτερικό μέρος του δίσκου προσαύξησης ενός άστρου νετρονίων
αστεριού.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Astrophysical Journal
Letters. |
