Το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA μπορεί επιτέλους να αποκαλύψει μερικές από τις πιο ισχυρές αστρικές εκρήξεις που έχουν δει ποτέ. Μετά από χρόνια μελέτης δεδομένων, μια διεθνής ερευνητική ομάδα βρήκε ισχυρές ενδείξεις ότι μια σπάνια υπερφωτεινή σουπερνόβα τροφοδοτήθηκε από ένα εξαιρετικά μαγνητικό αστέρι νετρονίων που σχηματίστηκε κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης του άστρου.
Η αποστολή Fermi είναι μέρος του δικτύου παρατηρητηρίων της NASA που έχουν σχεδιαστεί για να παρακολουθούν μεταβαλλόμενα φαινόμενα σε όλο το σύμπαν και να βοηθούν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς λειτουργούν τα κοσμικά φαινόμενα.
«Για σχεδόν 20 χρόνια, οι αστρονόμοι έψαχναν τα δεδομένα Fermi για σήματα ακτίνων γάμμα από χιλιάδες σουπερνόβα και βρήκαν κάποιες δελεαστικές υπαινιγμούς, καμία από τις οποίες δεν είχε επιβεβαιωθεί μέχρι τώρα», δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Fabio Acero στο Γαλλικό Εθνικό Κέντρο Επιστημονικής Έρευνας (CNRS) και στο Πανεπιστήμιο Paris-Saclay.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Αστρονομία και Αστροφυσική.
Σπάνιες σουπερνόβα εκπέμπουν ισχυρές ακτίνες γάμμα
Οι σουπερνόβα κατάρρευσης πυρήνα συμβαίνουν όταν ένα τεράστιο αστέρι εξαντλεί το καύσιμο που χρειάζεται για να υποστηρίξει τον πυρήνα του. Χωρίς αυτή την πηγή ενέργειας, ο πυρήνας καταρρέει υπό τη βαρύτητα και προκαλεί μια βίαιη έκρηξη. Ανάλογα με τις συνθήκες, η κατάρρευση μπορεί να αφήσει πίσω του ένα αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα. Το υπόλοιπο αστέρι εκρήγνυται προς τα έξω στο διάστημα ως διαστελλόμενο νέφος υπερθερμασμένου αερίου.
Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει σχεδόν 400 ασυνήθιστα ισχυρά παραδείγματα αυτών που είναι γνωστά ως υπερφωτεινοί σουπερνόβα. Αυτές οι σπάνιες εκρήξεις μπορεί να είναι τουλάχιστον 10 φορές πιο φωτεινές στο ορατό φως από τις τυπικές σουπερνόβα.
Το 2024, ερευνητές με επικεφαλής τον Li Shang στο Πανεπιστήμιο Anhui στο Hefei της Κίνας, πρότειναν ότι το τηλεσκόπιο μεγάλης περιοχής Fermi θα μπορούσε να ανιχνεύσει ακτίνες γάμμα από ένα από αυτά τα γεγονότα χρόνια μετά την έκρηξη.
Το αντικείμενο, SN 2017egm, εξερράγη στον γαλαξία NGC 3191, περίπου 440 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά στον αστερισμό της Μεγάλης Άρκτου. Ακόμη και από αυτή τη μεγάλη απόσταση, παραμένει ένας από τους πιο κοντινούς υπερφωτεινούς σουπερνόβα που έχουν δει από τη Γη.
«Ανιχνεύσαμε ακτίνες γάμμα από τους έξι πλησιέστερους υπερφωτεινούς σουπερνόβα που παρατηρήθηκαν κατά τα πρώτα 16 χρόνια της αποστολής του Fermi», δήλωσε ο Guillaume Marti-Devesa, πρώην ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Τεργέστης στην Ιταλία και τώρα συνεργάτης στο Ινστιτούτο Διαστημικών Επιστημών στη Βαρκελώνη της Ισπανίας. “Μόνο το SN 2017egm δείχνει στοιχεία για ακτίνες γάμμα, επιβεβαιώνοντας προηγούμενες ενδείξεις ότι ορισμένες σουπερνόβα μπορεί να είναι τόσο φωτεινές στις ακτίνες γάμμα όσο και στο ορατό φως. Αυτό ανοίγει ένα νέο παράθυρο για τη μελέτη αυτού του συναρπαστικού φαινομένου.”
Οι μαγνήτες μπορούν να είναι κρυφοί κινητήρες
Οι επιστήμονες έχουν συζητήσει εδώ και καιρό τι δίνει στις υπερφωτεινές σουπερνόβα την εξαιρετική φωτεινότητά τους. Μια κορυφαία εξήγηση περιλαμβάνει τα μαγνητάρια, τα οποία είναι αστέρια νετρονίων με τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία που είναι γνωστά στο σύμπαν. Τα μαγνητικά τους πεδία μπορεί να είναι 1.000 φορές ισχυρότερα από τα τυπικά αστέρια νετρονίων, φτάνοντας σε ισχύ περίπου 10 τρισεκατομμύρια φορές ισχυρότερα από έναν μαγνήτη ψυγείου.
Για να διερευνήσει περαιτέρω, η ομάδα εξέτασε προσεκτικά τόσο το ορατό φως όσο και τα σήματα ακτίνων γάμμα από το SN 2017egm και συνέκρινε τις παρατηρήσεις με διάφορα θεωρητικά μοντέλα.
Ένα μοντέλο που αναπτύχθηκε από τους συν-συγγραφείς Indrek Verm από το Πανεπιστήμιο του Tartu στην Εσθονία και Brian Metzger του Πανεπιστημίου Columbia στη Νέα Υόρκη παρακολουθούσε πώς η ακτινοβολία και τα σωματίδια από έναν εκκολαπτόμενο μαγνήτη θα περνούσαν μέσα από τα διαστελλόμενα συντρίμμια σουπερνόβα.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι ένας νεοσχηματισμένος μαγνήτης μπορεί να περιστρέφεται εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο. Αυτή η απίστευτη κίνηση δημιουργεί ένα ισχυρό ρεύμα ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων, την αντιύλη εκδοχή των ηλεκτρονίων. Μαζί, αυτά τα σωματίδια σχηματίζουν ένα τεράστιο νέφος υλικού υψηλής ενέργειας που ονομάζεται Νεφέλωμα Magnetar Wind.
Μέσα σε αυτό το νεφέλωμα, η αλληλεπίδραση των σωματιδίων μπορεί να παράγει ακτίνες γάμμα με διάφορους τρόπους. Τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια μπορούν να συγκρουστούν και να μετατραπούν σε φωτόνια ακτίνων γάμμα, ενώ οι ίδιες οι ακτίνες γάμμα μπορούν να συγκρουστούν για να δημιουργήσουν νέα σωματίδια. Καθώς αυτή η αλληλεπίδραση συνεχίζεται, το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας των ακτίνων γάμμα παγιδεύεται μέσα στα συντρίμμια σουπερνόβα και μετατρέπεται σε ορατό φως χαμηλής ενέργειας, γεγονός που κάνει την έκρηξη εξαιρετικά φωτεινή.
Οι ακτίνες γάμμα διέφυγαν μετά από λίγους μήνες
«Περίπου τρεις μήνες μετά την κατάρρευση, οι ακτίνες γάμμα μπορούν να αρχίσουν να διαφεύγουν καθώς τα συντρίμμια του σουπερνόβα διαστέλλονται και ψύχονται», είπε ο Acero. «Αυτό το μαγνητικό μοντέλο αναπαράγει καλύτερα τη φωτεινότητα του σουπερνόβα και τους χρόνους άφιξης των ακτίνων γάμμα του τους πρώτους μήνες, αλλά βλέπουμε περιθώρια βελτίωσης τους επόμενους μήνες, όταν το ορατό φως εξασθενεί αρκετά ακανόνιστα».
Οι ερευνητές προτείνουν ότι πρόσθετες διεργασίες μπορεί να επηρέασαν τον σουπερνόβα κατά τη διάρκεια της μακροχρόνιας μείωσης της φωτεινότητάς του. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει υλικό που πέφτει πίσω προς το μαγνητάρι και συγκρούσεις μεταξύ των κυμάτων έκρηξης και του υλικού που εκτοξεύτηκε από το αστέρι αιώνες πριν από την έκρηξη.
Η ομάδα διερεύνησε επίσης εάν μελλοντικές παρατηρήσεις θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν παρόμοια φαινόμενα. Διαπίστωσαν ότι το επερχόμενο παρατηρητήριο Cerenkov Telescope Array θα πρέπει να μπορεί να δει σουπερνόβα όπως το SN 2017egm από απόσταση περίπου 500 εκατομμυρίων ετών φωτός με χρόνο παρατήρησης περίπου 50 ώρες.
Οι επιστήμονες λένε ότι η μελλοντική συνεργασία μεταξύ των επίγειων παρατηρητηρίων και του διαστημικού τηλεσκοπίου της NASA θα βοηθήσει να αποκαλυφθούν περισσότερα για αυτές τις βίαιες αστρικές εκρήξεις και τα ακραία αντικείμενα που κρύβονται μέσα τους.
“Ο μηχανισμός του κεντρικού κινητήρα magnetar που συζητείται σε αυτό το άρθρο βασίζεται σε μεγάλη παρατηρητική και θεωρητική πρόοδο στους μαγνήτες τα τελευταία 20 χρόνια”, δήλωσε η Judy Rakusin, αναπληρώτρια επιστήμονας του έργου της αποστολής Fermi στο Goddard Space Flight Center της NASA στο Greenbelt, Maryland. «Η παρατήρηση των ακτίνων γάμμα από σουπερνόβα θα μας δώσει έναν νέο τρόπο να εξερευνήσουμε την εσωτερική τους λειτουργία».
