H ΝΑSA ξαναγράφει την ιστορία των pulsars. NASA’s NICER Delivers Best-ever Pulsar Measurements, 1st Surface Map

Χάρη στο νέο τηλεσκόπιο NICER, που σαρώνει τον ουράνιο θόλο στο φάσμα των ακτίνων Χ, οι επιστήμονες έλαβαν τις πρώτες ακριβείς και αξιόπιστες μετρήσεις του μεγέθους και της μάζας ενός pulsar, καθώς και τον πρώτο χάρτη των θερμών σημείων στην επιφάνεια του. Simulation of a possible quadrupole magnetic field configuration for a pulsar with hot spots in only the southern hemisphere. Credits: NASA's Goddard Space Flight Center

Ένα βήμα πιο κοντά στην αποκωδικοποίηση των μυστηρίων που καλύπτουν τα pulsars, τα υπέρπυκνα στροβλιλιζόμενα απομεινάρια αστέρων που έχουν εκραγεί, βρίσκονται οι αστροφυσικοί. Χάρη στο νέο τηλεσκόπιο NICER, που σαρώνει τον ουράνιο θόλο στο φάσμα των ακτίνων Χ, οι επιστήμονες έλαβαν τις πρώτες ακριβείς και αξιόπιστες μετρήσεις του μεγέθους και της μάζας ενός pulsar, καθώς και τον πρώτο χάρτη των θερμών σημείων στην επιφάνεια του.

NASA’s Neutron star Interior Composition Explorer is an X-ray payload aboard the International Space Station. Credit: NASA

Το ΝISER (Neutron star Interior Composition Explorer) είναι ένα τηλεσκόπιο της ΝΑSA και έχει «φορτωθεί» στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό με ένα και μόνο στόχο: να ρίξει φως στα μυστήρια που περιβάλλουν τα pulsars.

Όταν ένα τεράστιο αστέρι εξαντλεί τα πυρηνικά του καύσιμα, δηλαδή το ήλιο, καταρρέει κάτω από το βάρος του και εκρήγνυται σαν σουπερνόβα. Αυτοί οι αστρικοί θάνατοι αφήνουν πίσω τους μαύρες τρύπες ή άστρα νετρονίων, ανάλογα με το μέγεθος του αστεριού που εξερράγη. Ένα άστρο νετρονίων έχει μάζα μεγαλύτερη από του Ήλιου μας, συμπυκνωμένη σε μια έκταση περίπου όσο το νησί της Ύδρας. Αν θεωρητικά μπορούσαμε να πάρουμε μια κουταλιά από το «έδαφος» ενός άστρου νετρονίων, θα ζύγιζε περισσότερο από 1 δισεκατομμύριο τόνους, περίπου το βάρος του όρους Έβερεστ. Τα Pulsars, είναι μια κατηγορία αστέρων νετρονίων, στροβιλίζονται γύρω από τον άξονά τους εκατοντάδες φορές κάθε δευτερόλεπτο και εκπέμποντας στο διάστημα κατακλυσμιαίες δέσμες με κάθε περιστροφή.

Το τηλεσκόπιο NICER εστίασε στο J0030 + 0451 (J0030 εν συντομία), ένα Pulsar που βρίσκεται σε μια απομονωμένη περιοχή διαστήματος 1.100 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό των Ιχθύων και περιστρέφεται 205 φορές ανά δευτερόλεπτο. Κατά τη μέτρηση του J0030  το NICER αποκάλυψε ότι τα σχήματα και οι θέσεις των «θερμών σημείων» στην επιφάνεια του pulsar δεν συνάδουν με τα θεωρητικά μοντέλα που είχαμε αναπτύξει έως τώρα. Και όταν μιλάμε για θερμά σημεία, έχουμε να κάνουμε με περιοχές που έχουν θερμοκρασία εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου.

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες προσπαθούσαν να εξηγήσουν πώς λειτουργούν τα pulsars. To υφιστάμενο θεωρητικό μοντέλο, προβλέπει ότι pulsars διαθέτουν πανίσχυρο ισχυρό μαγνητικό πεδίο με σχήμα παρόμοιο με ενός απλού μαγνήτη. Το πεδίο είναι τόσο ισχυρό που «κόβει» σωματίδια από την επιφάνεια του puslar και τα επιταχύνει σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός. Μερικά σωματίδια ακολουθούν το μαγνητικό πεδίο και προσκρούουν την αντίθετη πλευρά, θερμαίνοντας την επιφάνεια και δημιουργώντας θερμά σημεία στους μαγνητικούς πόλους. Ολόκληρο το pulsar λάμπει ελαφρά στο φάσμα των ακτίνων X, αλλά τα θερμά σημεία είναι φωτεινότερα. Καθώς το pulsar περιστρέφεται, αυτές οι κηλίδες σαρώνουν τον ουράνιο θόλο, όπως οι φωτεινές δέσμες ενός φάρου, δημιουργώντας διακυμάνσεις στη φωτεινότητα των ακτίνων Χ του αντικειμένου.

Watch how NASA’s Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) has expanded our understanding of pulsars, the dense, spinning corpses of exploded stars. Pulsar J0030+0451, located 1,100 light-years away in the constellation Pisces, now has the most precise and reliable size measurements of any pulsar to date. The shapes and locations of its hot spots challenge textbook depictions of these incredible objects. Credits: NASA's Goddard Space Flight Center

Αλλά οι νέες παρατηρήσεις του NICER δείχνουν ότι το θεωρητικό μοντέλο έχει ατέλειες, σύμφωνα με τους ερευνητές της NASA, καθώς τα «θερμά σημεία» εμφανίστηκαν σε περιοχές που δεν θα έπρεπε κανονικά. Πόσο θεμελιώδεις είναι αυτές οι ατέλειες; Αυτό μένει να αποδειχθεί αφού ο όγκος των στοιχείων που συγκεντρώθηκαν από τις παρατηρήσεις του NICER απαιτεί επεξεργασία και προσομοιώσεις ετών, για να καταλήξουμε σε ασφαλή συμπεράσματα.

Σε κάθε περίπτωση, η αλήθεια είναι κάπου εκεί έξω. Και μάλλον είναι πιο περίπλοκη απ’ όσο πιστεύαμε.

Πηγές: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-s-nicer-delivers-best-ever-pulsar-measurements-1st-surface-map - https://www.liberal.gr/technology/H-naSA-xanagrafei-tin-istoria-ton-pulsars/278089