Οι αστρονόμοι πίστευαν από καιρό ότι ο Γαλαξίας είναι γεμάτος με αστέρια νετρονίων, τα πυκνά υπολείμματα που αφήνουν πίσω τους όταν εκρήγνυνται τεράστια αστέρια. Το πρόβλημα είναι ότι τα περισσότερα από αυτά τα αντικείμενα είναι σχεδόν αδύνατο να φανούν. Μια νέα μελέτη δημοσιεύτηκε Αστρονομία και Αστροφυσική Το επερχόμενο διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman της NASA μπορεί επιτέλους να μπορέσει να αποκαλύψει μερικά από αυτά.
Χρησιμοποιώντας προηγμένες προσομοιώσεις του Γαλαξία και προβλέψεις από μελλοντικές ρωμαϊκές παρατηρήσεις, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο θα μπορούσε να ανιχνεύσει και να μελετήσει δεκάδες απομονωμένα αστέρια νετρονίων μέσω ενός φαινομένου που είναι γνωστό ως βαρυτικός μικροφακός.
«Τα περισσότερα νετρόνια είναι σχετικά αδύναμα και μόνα τους», δήλωσε η Zofia Kaczmarek του Πανεπιστημίου της Χαϊδελβέργης στη Γερμανία, η οποία ηγήθηκε της μελέτης. «Είναι απίστευτα δύσκολο να εντοπιστούν χωρίς κάποιου είδους βοήθεια».
Roman πώς να ανιχνεύσετε αόρατα αστέρια νετρονίων
Τα αστέρια νετρονίων έχουν μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο σε ένα αντικείμενο περίπου στο μέγεθος μιας πόλης. Οι επιστήμονες τα μελετούν για να κατανοήσουν καλύτερα πώς τα αστέρια εξελίσσονται, εκρήγνυνται και διανέμουν βαριά στοιχεία σε όλο το σύμπαν. Παρέχουν επίσης μια σπάνια ευκαιρία να διερευνηθεί η ύλη κάτω από τις πιο ακραίες συνθήκες (πίεση και συγκέντρωση) που μπορεί κανείς να φανταστεί.
Τα περισσότερα αστέρια νετρονίων είναι κρυμμένα εκτός κι αν εμφανίζονται ως πάλσαρ που εκπέμπουν ραδιοκύματα ή λάμπουν έντονα στις ακτίνες Χ. Ακόμη και τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια μπορούν να χάσουν μεμονωμένα αστέρια νετρονίων που παράγουν ελάχιστο ή καθόλου ανιχνεύσιμο φως.
Το ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο μπορούσε να τα βρει έμμεσα. Όταν ένα ογκώδες αντικείμενο όπως ένα αστέρι νετρονίων περνά μπροστά από ένα πιο μακρινό αστέρι, η βαρύτητα του κάμπτεται και μεγεθύνει το φως του αστεριού του φόντου. Αυτό το φαινόμενο, που ονομάζεται μικροφακός, κάνει προσωρινά το μακρινό αστέρι να φαίνεται φωτεινότερο και ελαφρώς μετατοπισμένο στον ουρανό.
Πολλά τηλεσκόπια μπορούν να ανιχνεύσουν σύντομες λάμψεις φωτός που προκαλούνται από μικροφακούς, αλλά ο Roman αναμένεται να κάνει πολύ περισσότερα. Το αστεροσκοπείο θα μετρήσει με ακρίβεια τόσο την αύξηση της φωτεινότητας (φωτομετρία) όσο και τις μικρές κινήσεις θέσης (αστρομετρία) του αστέρα φόντου.
Επειδή τα αστέρια νετρονίων είναι σχετικά βαριά, παράγουν ένα ισχυρότερο αστρομετρικό σήμα από τα μικρότερα αντικείμενα. Αυτό σημαίνει ότι ο Roman όχι μόνο μπορεί να ανιχνεύσει κρυμμένα αστέρια νετρονίων, αλλά και να μετρήσει τη μάζα τους, κάτι που είναι εξαιρετικά δύσκολο να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας μόνο τη φωτομετρία.
“Αυτό που είναι πραγματικά ωραίο με τη χρήση μικροφακών είναι ότι μπορείτε να λαμβάνετε άμεσες μετρήσεις μάζας”, δήλωσε ο συν-συγγραφέας του χαρτιού Peter McGill του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Livermore. “Η φωτομετρία μάς λέει ότι κάτι έχει μετακινηθεί μπροστά από το αστέρι, αλλά είναι η ποσότητα της αλλαγής στη θέση του αστεριού που μας λέει πόσο μεγάλο είναι το αντικείμενο. Μετρώντας αυτή τη μικροσκοπική απόκλιση στον ουρανό, μπορούμε να ζυγίσουμε απευθείας κάτι που κατά τα άλλα είναι αόρατο.”
Επίλυση του μυστηρίου του αστέρα νετρονίων
Οι παρατηρήσεις του Roman θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να απαντήσουν σε βασικές ερωτήσεις σχετικά με τα αστέρια νετρονίων και τις μαύρες τρύπες, συμπεριλαμβανομένου του εάν υπάρχει πραγματική διαφορά στις μάζες τους. Η αποστολή θα μπορούσε να αποκαλύψει πόσο γρήγορα τα αστέρια νετρονίων ταξιδεύουν μέσα από τους γαλαξίες.
Οι ερευνητές ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τις ισχυρές «κλωτσιές» που δέχονται τα αστέρια νετρονίων κατά τις εκρήξεις σουπερνόβα. Αυτά τα βίαια γεγονότα μπορούν να τους εκτοξεύσουν στο διάστημα με εκατοντάδες μίλια ανά δευτερόλεπτο.
Η ομάδα σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει το μελλοντικό Galactic Bulge Time Domain Survey της ROMAN, το οποίο θα παρατηρεί επανειλημμένα εκατομμύρια αστέρια σε μεγάλες περιοχές του ουρανού.
«Θα εργαστούμε καθώς αρχίζουν να έρχονται τα δεδομένα», είπε ο McGill. «Ακόμη και τους πρώτους μήνες μετά την ανάθεση, ελπίζουμε να αρχίσουμε να εντοπίζουμε πολλά υποσχόμενα γεγονότα».
Ακόμη και ένας μικρός αριθμός επιβεβαιωμένων ανακαλύψεων μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τα μοντέλα αστρικών εκρήξεων και τη συμπεριφορά της ύλης κάτω από ακραίες συνθήκες.
«Δεν γνωρίζουμε την κατανομή μάζας των άστρων νετρονίων, των μαύρων οπών ή πού τελειώνει το ένα και αρχίζει το άλλο με βεβαιότητα», είπε ο ΜακΓκιλ. «Ο Ρόμαν θα είναι πραγματικά μια σημαντική ανακάλυψη σε αυτό».
Ένας κρυμμένος πληθυσμός που περιμένει να τον ανακαλύψουν
Μέχρι στιγμής, οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει μόνο μερικές χιλιάδες αστέρια νετρονίων, τα περισσότερα από τα οποία ταυτοποιούνται ως πάλσαρ. Ωστόσο, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι ο Γαλαξίας μπορεί να περιέχει πολλά εκατομμύρια έως δεκάδες εκατομμύρια αστέρια νετρονίων. Οι ερευνητές μπόρεσαν να μετρήσουν μόνο τη μάζα των άστρων νετρονίων σε δυαδικά συστήματα όπου δύο αντικείμενα περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο.
“Εξετάζουμε ένα μικρό δείγμα που δεν είναι αντιπροσωπευτικό της ευρύτερης εικόνας”, είπε ο Kaczmarek. “Ακόμα και μία μόνο μέτρηση μάζας θα ήταν πολύ ισχυρή. Εάν βρούμε μόνο ένα απομονωμένο αστέρι νετρονίων, θα είναι ήδη απίστευτα διεγερτικό για την έρευνά μας.”
Η μελέτη υπογραμμίζει επίσης ένα απροσδόκητο επιστημονικό όφελος της ρωμαϊκής αποστολής. Αν και η έρευνα του τηλεσκοπίου σχεδιάστηκε αρχικά για την ανακάλυψη εξωπλανητών μέσω φωτομετρικού μικροφακού, η βελτιωμένη αστρομετρική του ακρίβεια θα μπορούσε να ανοίξει την πόρτα σε ένα εντελώς νέο είδος ανακάλυψης.
«Δεν ήταν μέρος του αρχικού σχεδίου», είπε ο McGill. «Αλλά αποδεικνύεται ότι οι αστρομετρικές ικανότητες του ROMAN είναι πολύ καλές στην ανίχνευση άστρων νετρονίων και μαύρων οπών, έτσι μπορούμε να προσθέσουμε ένα εντελώς νέο είδος επιστήμης στην έρευνα του ROMAN».
Εάν οι προβλέψεις είναι σωστές, ο Roman θα μπορούσε να παρέχει την πρώτη μεγάλη συλλογή απομονωμένων άστρων νετρονίων που ανιχνεύτηκαν καθαρά μέσω των βαρυτικών τους επιπτώσεων. Η αποστολή αναμένεται να επεκτείνει δραματικά τη μελέτη του μικροφακούς και να αποκαλύψει κρυμμένους πληθυσμούς αντικειμένων σε όλο τον Γαλαξία μας, συμπεριλαμβανομένων απατεώνων πλανητών και αστρικών υπολειμμάτων όπως τα αστέρια νετρονίων.
Το ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace λειτουργεί στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA στο Greenbelt του Μέριλαντ, με τη συμμετοχή του Εργαστηρίου Jet Propulsion της NASA στη Νότια Καλιφόρνια. Caltech/IPAC στην Πασαντίνα, Καλιφόρνια. Επιστημονικό Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη. και μια επιστημονική ομάδα που αποτελείται από επιστήμονες από διάφορα ερευνητικά ιδρύματα. Ο κύριος βιομηχανικός εταίρος είναι η BAE Systems Inc. στο Boulder του Κολοράντο. L3 Harris Technologies του Ρότσεστερ, Νέα Υόρκη; και Teledyne Scientific & Imaging στο Thousand Oaks της Καλιφόρνια.
