Λευκός νάνος εκπέμπει παλμούς όπως ένα πάλσαρ

Πηγή: ScienceDaily, 3 Ιανουαρίου 2008

Νέες παρατηρήσεις από το διαστημικό παρατηρητήριο ακτίνων-X Suzaku, που ανήκει στην Ιαπωνική Αεροδιαστημική Υπηρεσία Εξερεύνησης (JAXA) και τη NASA, αντικρούουν ότι ήξεραν οι επιστήμονες μέχρι τώρα για τους λευκούς νάνους. Οι παρατηρητές θεωρούσαν ότι οι λευκοί νάνοι ήταν αδρανή αστρικά πτώματα που ψύχονται αργά και το φως τους εξασθενίζει σιγά σιγά, αλλά τα νέα στοιχεία μας δείχνουν μια απολύτως διαφορετική ιστορία.

Καλλιτεχνική απεικόνιση του λευκού νάνου στο σύστημα AE Aquarii. Αυτός ο λευκός νάνος είναι το πρώτο αστέρι που εκπέμπει παλμούς σαν πάλσαρ, και που τροφοδοτούνται από την περιστροφή και την επιτάχυνση των σωματιδίων του

Τουλάχιστον ένας λευκός νάνος, γνωστός ως AE Aquarii, εκπέμπει παλμούς ακτίνων X υψηλής ενέργειας (σκληρές ακτίνες) καθώς αυτό περιστρέφεται γύρω στον άξονά του.

"Βλέπουμε να συμπεριφέρεται σαν το pulsar στο Νεφέλωμα του Καρκίνου, αλλά είναι λευκός νάνος," λέει ο Koji Mukai της NASA. Το Νεφέλωμα του Καρκίνου είναι το κατάλοιπο ενός τεράστιου άστρου που τελείωσε τη ζωή του με μια υπερκαινοφανή έκρηξη.

Οι λευκοί νάνοι και τα πάλσαρ αντιπροσωπεύουν δύο ευδιάκριτες κατηγορίες συμπαγών αντικειμένων που γεννιούνται αμέσως μετά τον αστρικό θάνατο. Οι λευκοί νάνοι σχηματίζονται όταν ένα άστρο παρόμοιας μάζας με τον ήλιό μας 'μένει' από τα πυρηνικά καύσιμα του. Καθώς τα εξωτερικά στρώματα του άστρου πετάγονται μακριά στο διάστημα, ο πυρήνας συμπιέζεται λόγω της βαρύτητας σε μια σφαίρα στο μέγεθος της γης, αλλά με μια μάζα κατά προσέγγιση σαν του ήλιου μας. Ο λευκός νάνος αρχίζει με μια υψηλή θερμότητα κατάλοιπο της θερμότητας του αστεριού. Αλλά επειδή έχουν σταματήσει οι πυρηνικές αντιδράσεις, ψύχεται αργά κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών, ενώ συγχρόνως η ακτινοβολία του εξασθενίζει μέχρι να γίνει αόρατος ως μαύρος νάνος.

Τα πάλσαρ από την άλλη είναι ένας τύπος άστρου νετρονίων, ο συμπιεσμένος πυρήνας ενός εξαιρετικά μεγάλου αστεριού που εξερράγη με μια υπερκαινοφανή έκρηξη. Εκτιμώντας ότι οι λευκοί νάνοι έχουν απίστευτα υψηλές πυκνότητες με τα γήινα πρότυπα, τα αστέρια νετρονίων είναι ακόμα πυκνότερα, έχοντας κατά προσέγγιση 1,3 ηλιακές μάζες σε μια έκταση μιας μικρής πόλης. Επίσης, τα πάλσαρ εκπέμπουν ραδιοπαλμούς καθώς και παλμούς ακτίνων X  σαν τους φάρους.

Η ομάδα που το ανακάλυψε, με επικεφαλής τον Yukikatsu Terada του Ιδρύματος Φυσικής και Χημικής Έρευνας (RIKEN) στην Ιαπωνία, δεν ανέμενε να βρει έναν λευκό νάνο που να μοιάζει με πάλσαρ. Αντίθετα, οι αστρονόμοι ήλπιζαν να ανακαλύψουν εάν οι λευκοί νάνοι θα μπορούσαν να επιταχύνουν φορτισμένα υποατομικά σωματίδια κοντά στην ταχύτητα του φωτός, που θα σήμαινε ότι θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνοι για πολλές από τις κοσμικές ακτίνες που κινούνται στον Γαλαξία μας και περιστασιακά κτυπούν και τη Γη μας.

Μερικοί λευκοί νάνοι, συμπεριλαμβανομένου και του AE Aquarii, περιστρέφονται πολύ γρήγορα ενώ έχουν μαγνητικά πεδία εκατομμύρια φορές ισχυρότερα από αυτό της γης. Αυτά τα χαρακτηριστικά τους δίνουν ενέργεια ικανή για να παραγάγουν κοσμικές ακτίνες.

Για να ανακαλύψουν εάν πράγματι αυτό συμβαίνει, ο Terada και οι συνάδελφοί του στόχευσαν στο σύστημα AE Aquarii με το παρατηρητήριο Suzaku τον Οκτώβριο του 2005 και τον Οκτώβριο του 2006. Ο λευκός νάνος βρίσκεται σε ένα δυαδικό σύστημα με συνοδό ένα κανονικό αστέρι. Το αέριο από το κανονικό αστέρι κινείται σπειροειδώς προς το λευκό νάνο και θερμαίνεται εκπέμποντας έτσι μια ακτινοβολία ακτίνων X χαμηλής ενέργειας (μαλακές ακτίνες). Αλλά ο Suzaku ανίχνευσε επίσης και απότομους παλμούς σκληρών ακτίνων X. Αφού ανέλυσε τα στοιχεία, η ομάδα συνειδητοποίησε ότι οι παλμοί των σκληρών ακτίνων X ταιριάζουν με την περίοδο περιστροφής του λευκού νάνου, μια φορά κάθε 33 δευτερόλεπτα.

Οι  παλμοί των σκληρών ακτίνων X μοιάζουν πολύ με εκείνους του pulsar στο κέντρο του Νεφελώματος του Καρκίνου. Και στα δύο αντικείμενα, οι παλμοί εμφανίζονται να εκπέμπονται όπως οι ακτίνες στους φάρους, ενώ πιθανά ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο ελέγχει την ακτίνα. Οι αστρονόμοι νομίζουν ότι εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία παγιδεύουν τα φορτισμένα σωματίδια και τα εκτοξεύουν έπειτα προς το διάστημα με μια ταχύτητα σαν του φωτός. Ξέρουμε ότι όταν τα σωματίδια αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο, ακτινοβολούν ακτίνες X.

"Επειδή είναι γνωστά ότι τα πάλσαρ είναι πηγές κοσμικών ακτίνων, αυτό σημαίνει ότι και οι λευκοί νάνοι πρέπει να είναι αθόρυβοι αλλά πολυάριθμοι επιταχυντές σωματιδίων, συμβάλλοντας σε πολλές από τις χαμηλής ενέργειας κοσμικές ακτίνες στο Γαλαξία μας."

Το Suzaku εκτοξεύτηκε το 2005 και είναι το πέμπτο από μία σειρά ιαπωνικών δορυφόρων που αφιερώνονται στη μελέτη των ουράνιων  πηγών ακτίνων X.