Απόκοσμο φαινόμενο: Αστέρια νετρονίων λειτουργούν σαν «κοσμικοί φάροι» που «ξεφεύγουν» από τους κανόνες

Αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι ταχύτατα περιστρεφόμενα νεκρά άστρα, γνωστά ως αστέρες νετρονίων, που βρίσκονται στον πυρήνα των πάλσαρ, μπορούν να εκπέμπουν ραδιοκύματα από τις άκρες τους. Η ανακάλυψη αυτή ενδέχεται να ανατρέψει δεκαετίες καθιερωμένων θεωριών, σύμφωνα με τις οποίες τα πάλσαρ εκπέμπουν ακτινοβολία μόνο κοντά στους πόλους και την επιφάνειά τους.

Τα πάλσαρ, όπως όλοι οι αστέρες νετρονίων, σχηματίζονται όταν τεράστια άστρα εξαντλούν το καύσιμο που τροφοδοτεί τη διαδικασία πυρηνικής σύντηξης στο εσωτερικό τους. Τότε καταρρέουν, δημιουργώντας ένα αστρικό υπόλειμμα με τόσο πυκνή ύλη που ένα κουταλάκι του γλυκού θα ζύγιζε περίπου δέκα εκατομμύρια τόνους στη Γη.

Η κατάρρευση αυτή παράγει τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία του σύμπαντος και, όπως ένας παγοδρόμος που φέρνει τα χέρια του κοντά στο σώμα για να αυξήσει την ταχύτητα περιστροφής, επιταχύνει την περιστροφή των αστέρων νετρονίων έως και 700 φορές το δευτερόλεπτο.

Όταν αυτά τα ταχύτατα άστρα εκπέμπουν ακτινοβολία από τους πόλους τους, η εκπομπή σαρώνει το διάστημα σαν φάρος. Αυτοί οι «κοσμικοί φάροι» είναι τα πάλσαρ, των οποίων ο ρυθμός περιστροφής είναι τόσο σταθερός ώστε χρησιμοποιούνται ως εξαιρετικά ακριβή «ρολόγια» του σύμπαντος.

Νέα ευρήματα από την ανάλυση 200 πάλσαρ

Η ερευνητική ομάδα εξέτασε ραδιοπαρατηρήσεις περίπου 200 ταχύτατα περιστρεφόμενων πάλσαρ, γνωστών ως πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου, συγκρίνοντάς τες με δεδομένα ακτίνων γάμμα. Διαπιστώθηκε ότι ραδιοκύματα προέρχονταν από δύο ή περισσότερες περιοχές γύρω από το 33% αυτών των πάλσαρ, ενώ μόνο το 3% των πιο αργά περιστρεφόμενων αστέρων νετρονίων εμφανίζει ανάλογη εκπομπή εκτός των πόλων.

Η ευθυγράμμιση των ραδιοπαλμών με τις εκπομπές ακτίνων γάμμα που κατέγραψε το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi της NASA έδειξε ότι και οι δύο τύποι ακτινοβολίας προέρχονται από τις ίδιες, μη πολικές και απομακρυσμένες περιοχές γύρω από τα πάλσαρ.

«Καθώς ανιχνεύουμε σήματα τόσο από τις επιφάνειες όσο και από τα άκρα του μαγνητικού τους πεδίου, η μελέτη αυτή δείχνει ότι αυτά τα μικρά, ταχύτατα άστρα είναι ακόμη πιο περίπλοκα και απρόβλεπτα απ’ ό,τι πιστεύαμε», δήλωσε ο Simon Johnston από τον αυστραλιανό οργανισμό επιστημών CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation).

Η προέλευση των ραδιοκυμάτων και η σημασία της ανακάλυψης

Η ομάδα κατέληξε ότι τα πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου εκπέμπουν ραδιοκύματα τόσο κοντά στους πόλους τους όσο και σε μια «φύλλο ρεύματος» φορτισμένων σωματιδίων πέρα από τα μαγνητικά τους πεδία, το οποίο περιστρέφεται μαζί με το άστρο.

Τα φύλλα ρεύματος είναι ήδη γνωστό ότι ευθύνονται για τις εκπομπές ακτίνων γάμμα, και η σύμπτωση των δύο ειδών ακτινοβολίας υποδηλώνει κοινό σημείο προέλευσης. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί ορισμένα πάλσαρ εμφανίζουν ασυνήθιστα, «σπασμένα» προφίλ ραδιοκυμάτων — ανάλογα με τον προσανατολισμό τους σε σχέση με τα τηλεσκόπιά μας.

Ένα πρακτικό αποτέλεσμα της έρευνας είναι ότι τα πάλσαρ αυτού του τύπου φαίνεται να είναι ευκολότερα ανιχνεύσιμα από ό,τι πίστευαν οι αστρονόμοι. Επειδή τα ραδιοκύματα εκπέμπονται σε ευρύτερο φάσμα κατευθύνσεων και όχι μόνο από τους πόλους, δεν απαιτείται τέλεια ευθυγράμμιση με τη Γη για να εντοπιστούν.

Προοπτικές για μελλοντικές παρατηρήσεις

Η εξέλιξη αυτή θεωρείται θετική για έργα που βασίζονται σε δίκτυα πάλσαρ, όπως η ανίχνευση των κυματισμών του χωροχρόνου, των λεγόμενων βαρυτικών κυμάτων. Ωστόσο, οι επιστήμονες εξακολουθούν να διερευνούν πώς είναι δυνατόν οι ραδιοπαλμοί να παράγονται τόσο μακριά από τους αστέρες νετρονίων και τα ταραχώδη περιβάλλοντά τους.

«Η κατανόηση της προέλευσης και της μορφής των σημάτων τους είναι κρίσιμη για να χρησιμοποιηθούν ως ακριβή επιστημονικά όργανα», ανέφερε ο Michael Kramer από το Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας Max Planck (MPIfR) στη Γερμανία.

Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στις 25 Μαρτίου στο επιστημονικό περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.