NASA: Ιστορική πρωτιά για το IXPE – Αποκρυπτογραφώντας τα μυστικά ενός λευκού νάνου

Μια νέα σελίδα στην αστροφυσική γυρίζει η NASA, καθώς το διαστημικό τηλεσκόπιο IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) κατέγραψε για πρώτη φορά με λεπτομέρεια τις ιδιότητες ενός λευκού νάνου, επιβεβαιώνοντας θεωρητικά μοντέλα δεκαετιών και αποκαλύπτοντας εντυπωσιακά στοιχεία για τη γεωμετρία αυτών των «νεκρών» άστρων.

Στο επίκεντρο της έρευνας βρέθηκε το σύστημα EX Hydrae, ένας «ενδιάμεσος πολικός» λευκός νάνος που βρίσκεται στον αστερισμό της Ύδρας, περίπου 200 έτη φωτός μακριά από τη Γη. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό The Astrophysical Journal, προσφέρουν στους επιστήμονες την πρώτη καθαρή ματιά στον βίαιο και ενεργητικό μηχανισμό με τον οποίο αυτά τα ουράνια σώματα απορροφούν ύλη από τα συνοδά τους άστρα.

Το «διαστημικό βαμπίρ» και η στήλη αερίων

Το σύστημα EX Hydrae αποτελείται από δύο άστρα που βρίσκονται σε έναν θανάσιμο εναγκαλισμό. Ο λευκός νάνος, ο οποίος αποτελεί τον πυρήνα ενός άστρου που έχει εξαντλήσει τα καύσιμά του, λειτουργεί ως «κοσμικό βαμπίρ», αποσπώντας υλικό από το μεγαλύτερο συνοδό άστρο του. Ωστόσο, η διαδικασία αυτή δεν είναι απλή. Αντί το υλικό να πέφτει απευθείας στην επιφάνεια, παγιδεύεται από το ισχυρό μαγνητικό πεδίο του λευκού νάνου και διοχετεύεται προς τους πόλους του.

Εκεί ακριβώς εστίασε το IXPE. Οι παρατηρήσεις αποκάλυψαν ότι η ύλη, καθώς προσκρούει στην ατμόσφαιρα του λευκού νάνου με ιλιγγιώδεις ταχύτητες, δημιουργεί ένα ωστικό κύμα (shock wave). Το αποτέλεσμα είναι ο σχηματισμός μιας γιγαντιαίας στήλης καυτού αερίου (πλάσματος), η οποία εκπέμπει ισχυρές ακτίνες Χ.

Το πιο εντυπωσιακό στοιχείο που προέκυψε από την ανάλυση των δεδομένων είναι το μέγεθος αυτής της στήλης. Οι επιστήμονες υπολόγισαν το ύψος της στα 3.200 χιλιόμετρα. Για να γίνει αντιληπτή η κλίμακα, αυτό το ύψος αντιστοιχεί σχεδόν στο μισό της ακτίνας του ίδιου του λευκού νάνου, ένα μέγεθος σημαντικά μεγαλύτερο από αυτό που προέβλεπαν οι μέχρι τώρα υπολογισμοί για τέτοια συστήματα.

Η δύναμη της πολωσιμετρίας

Το IXPE δεν είναι ένα απλό τηλεσκόπιο ακτίνων Χ. Η μοναδικότητά του έγκειται στην ικανότητά του να μετρά την πόλωση του φωτός – δηλαδή τον προσανατολισμό των ηλεκτρικών πεδίων των φωτεινών κυμάτων. Αν φανταστούμε τα απλά τηλεσκόπια ως μια φωτογραφική μηχανή, το IXPE λειτουργεί σαν να φοράει πολωτικά γυαλιά ηλίου που του επιτρέπουν να δει τη «δομή» της ακτινοβολίας.

«Η μοναδική ικανότητα πολωσιμετρίας του IXPE μας επέτρεψε να μετρήσουμε το ύψος της στήλης προσαύξησης χωρίς να χρειαστεί να βασιστούμε σε τόσες υποθέσεις, όπως κάναμε στο παρελθόν», δήλωσε ο Sean Gunderson, ερευνητής του MIT και επικεφαλής της μελέτης. Όπως εξήγησε, οι ακτίνες Χ που παρατηρήθηκαν φαίνεται να έχουν σκεδαστεί (ανακλαστεί) από την επιφάνεια του λευκού νάνου, αποκαλύπτοντας τη γεωμετρία της περιοχής με ακρίβεια που δεν ήταν εφικτή με προηγούμενα όργανα.

Γιατί είναι σημαντική η ανακάλυψη

Οι λευκοί νάνοι αποτελούν το τελικό στάδιο της εξέλιξης για το 97% των άστρων του γαλαξία μας, συμπεριλαμβανομένου και του Ήλιου μας. Η κατανόηση της φυσικής τους, ειδικά σε ακραίες συνθήκες όπως αυτές του EX Hydrae, βοηθά τους αστροφυσικούς να αποκρυπτογραφήσουν τους μηχανισμούς επιτάχυνσης σωματιδίων και παραγωγής ενέργειας στο σύμπαν.

Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες είχαν εικόνα για αυτά τα συστήματα κυρίως μέσω θεωρητικών προσομοιώσεων. Η επιβεβαίωση ότι η ακτινοβολία προέρχεται από το ωστικό κύμα και η ακριβής χαρτογράφηση της μαγνητικής ροής ανοίγουν τον δρόμο για τη μελέτη κι άλλων, πιο μακρινών και εξωτικών αντικειμένων, όπως οι αστέρες νετρονίων και οι μαύρες τρύπες.

Η αποστολή IXPE, η οποία αποτελεί προϊόν συνεργασίας της NASA με την Ιταλική Υπηρεσία Διαστήματος (ASI), συνεχίζει να προσφέρει πρωτογενή δεδομένα που ανατρέπουν ή επιβεβαιώνουν όσα νομίζαμε ότι γνωρίζαμε για τα βίαια φαινόμενα του Σύμπαντος. Η περίπτωση του EX Hydrae αποδεικνύει ότι ακόμα και «μικρότερα» αστρικά αντικείμενα κρύβουν εκπλήξεις που περιμένουν τα κατάλληλα «μάτια» για να αποκαλυφθούν.

Το βλέμμα των ερευνητών στρέφεται πλέον σε άλλους ενδιάμεσους πολικούς λευκούς νάνους, με στόχο να διαπιστώσουν αν η περίπτωση του EX Hydrae αποτελεί τον κανόνα ή μια σπάνια εξαίρεση στον κανόνα της αστρικής εξέλιξης.