Μετά την καταιγίδα: Μετρώντας τη θερμοκρασία και την δομή ενός ήρεμου άστρου νετρονίων

Πηγή: UniverseToday, 10 Ιανουαρίου 2009

Πώς βρίσκετε τη θερμοκρασία σε ένα από τα πιο εξωτικά αντικείμενα στο Σύμπαν; Ένα αστέρι νετρονίων (περίπου 1,35 έως 2,1 ηλιακές μάζες με 24 χιλιόμετρα πλάτος μόνο) είναι ότι απέμεινε μετά την υπερκαινοφανή έκρηξη (σουπερνόβα) ενός νεκρού άστρουι. Αν και δεν έχουν αρκετή μάζα για να γίνουν μια μαύρη τρύπα, τα αστέρια νετρονίων συσσωρεύουν ακόμα ύλη, ρουφώντας αέριο από ένα συνοδό άστρο και γι αυτό συχνά υποβάλλονται σε παρατεταμένες περιόδους εκλάμψεων.

Ευτυχώς, μπορούμε να παρατηρήσουμε εκλάμψεις ακτίνων-Χ (με τη χρήση οργάνων όπως το Chandra), αλλά δεν είναι η ίδια η έκλαμψη που μπορεί να μας αποκαλύψει τη θερμοκρασία ή τη δομή ενός αστέρα νετρονίων.

Η συσσώρευση ύλης μπορεί να προκαλέσει ένα βίαιο ξέσπασμα στα αστέρια νετρονίων

Κατά τη διάσκεψη της Αστρονομικής Αμερικανικής Ένωσης (AAS) την περασμένη εβδομάδα, αποκαλύφθηκαν ορισμένες συναρπαστικές ιδέες για τη φυσική των άστρων νετρονίων. Αυτές προέκυψαν από τα αποτελέσματα της παρατήρησης στις ακτίνες Χ ενός αντικειμένου που ονομάζεται MXB 1659-29, ένα αστέρι νετρονίων που στέλνει εκλάμψεις στο διάστημα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι καθώς ο φλοιός ενός αστέρα νετρονίων ψύχεται, μας αποκαλύπτεται η σύνθεση του φλοιού και έτσι μπορεί να μετρηθεί η θερμοκρασία των εξωτικών αυτών κατάλοιπων μιας σουπερνόβα.

Κατά τη διάρκεια ενός ξεσπάσματος ακτινοβολίας τα αστέρια τα νετρονίων παράγουν ακτίνες Χ. Αυτές οι πηγές των ακτίνων Χ μπορεί να μετρηθούν και η εξέλιξή τους παρακολουθείται. Στην περίπτωση του MXB 1659-29, ο Ed Cackett του Πανεπιστημίου Μίσιγκαν  χρησιμοποίησε δεδομένα από τον δορυφόρο Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) της NASA, για να παρακολουθήσει την ψύξη του φλοιού του άστρου νετρονίων μετά από μια παρατεταμένη περίοδο έκλαμψης ακτίνων Χ.

Το MXB 1659-29 ακτινοβολούσε επί 2,5 χρόνια μέχρι να "απενεργοποιηθεί" το Σεπτέμβριο του 2001. Από τότε, η πηγή περιοδικά παρατηρήθηκε για τη μέτρηση της εκθετικής μείωσης των εκπομπών των ακτίνων-Χ.

Γιατί όμως είναι αυτό σημαντικό; Μετά από μια μακρά περίοδο έκλαμψης ακτίνων Χ, ο φλοιός ενός αστέρα νετρονίων θα θερμανθεί. Ωστόσο, θεωρήθηκε ότι ο πυρήνας του αστέρα νετρονίων θα παραμείνει σχετικά ψυχρός. Όταν λοιπόν το άστρο νετρονίων σταματάει τις εκλάμψεις (μόλις η συσσώρευση του αερίου, που τροφοδοτεί την έκλαμψη, σταματήσει),  έχει χαθεί η πηγή της θέρμανσης για το φλοιό. Κατά τη διάρκεια αυτής της ήρεμης περιόδου (δεν υπάρχει έκλαμψη), η μείωση της ροής των ακτίνων Χ από τον εν ψύξει φλοιό του αστέρα νετρονίων, μας αποκαλύπτει ένα τεράστιο πλούτο πληροφοριών σχετικά με τα χαρακτηριστικά των αστέρων νετρονίων.

Η διατομή των αστέρων νετρονίων

Κατά τη διάρκεια αυτής της ηρεμίας, οι αστρονόμοι παρατηρούν τις ακτίνες Χ που εκπέμπονται από την επιφάνεια του αστέρα νετρονίων (σε αντίθεση με τις εκλάμψεις), έτσι μπορούν να γίνονται άμεσες μετρήσεις από το αστέρι νετρονίων. Ο Cackett  εξέτασε τον τρόπο με τον οποίο μειώνεται εκθετικά η ροή των ακτίνων Χ από το MXB 1659-29 και στη συνέχεια σταθεροποιήθηκε με μια σταθερή ροή. Αυτό σημαίνει πως ο φλοιός ψύχεται γρήγορα μετά τις εκλάμψεις, και τελικά φθάνει σε θερμική ισορροπία  με τον πυρήνα του άστρου νετρονίων. Επομένως, με βάση αυτή τη μέθοδο, μπορεί να συναχθεί η θερμοκρασία του άστρου νετρονίων.

Μαζί με άλλες παρατηρήσεις από άλλο άστρο νετρονίων (KS 1731-260) οι ερευνητές κατάλαβαν πως αυτά τα αντικείμενα έχουν καλώς διατεταγμένα κρυσταλλικά πλέγματα με ελάχιστες προσμίξεις. Για να γίνει σε αυτό το αστέρι η θερμική ισορροπία μεταξύ φλοιού και πυρήνα χρειάστηκε περίπου 1,5 χρόνια.

Βέβαια απαιτούνται κι άλλες εργασίες με τη βοήθεια του Chandra για να πάρουμε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτά τα εξωτικά αντικείμενα. Ξαφνικά, μετά την ομιλία στο συνέδριο τα αστέρια νετρονίων έγιναν λίγο λιγότερο μυστηριώδη.