Μια μαύρη χήρα ανοίγει νέους ορίζοντες στους ραδιοαστρονόμους

Η πλειονότητα όσων γνωρίζουμε για το σύμπαν προέρχονται από τις παρατηρήσεις των τηλεσκοπίων και την μελέτη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που παράγουν τα διάφορα αστρονομικά αντικείμενα. Αυτά τα κύματα μπορεί να διασκορπιστούν και να απορροφηθούν καθώς ταξιδεύουν προς τη Γη, παρέχοντας πολύτιμες πληροφορίες για υλικό που παρεμβάλλεται μεταξύ των άστρων και μεταξύ των γαλαξιών, το οποίο διαφορετικά θα ήταν αόρατο.Τα περιστρεφόμενα αστρικά υπολείμματα που ονομάζονται πάλσαρ είναι γνωστό πως αποτελούν άριστους ανιχνευτές της διαστρικής ύλης. Ένα πάλσαρ παράγει μια δέσμη ραδιοκυμάτων που καθώς περιστρέφεται φαίνεται να αναβοσβήνει, όπως το φως ενός φάρου. Σε μια δημοσίευση στο περιοδικό Nature [Pulsar emission amplified and resolved by plasma lensing in an eclipsing binary], οι Robert Main et al αναφέρουν ότι το ιονισμένο αέριο κοντά σε ένα πάλσαρ μπορεί να ενισχύσει σημαντικά την παρατηρούμενη λαμπρότητα του αντικειμένου και να επιτρέψει τους αστρονόμους να μεγεθύνουν την πηγή της εκπομπής. Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στην εξήγηση των μυστυριωδών αστροφυσικών σημάτων που είναι γνωστά ως γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις (FRB=Fast Radio Burst).
Ο Robert Main και οι συνεργάτες του μελέτησαν ένα πάλσαρ που ονομάζεται PSR B1957+20, αλλά είναι ανεπίσημα γνωστό ως η μαύρη χήρα. Ο πάλσαρ και το άστρο-συνοδός του σχηματίζουν ένα δυαδικό σύστημα όπου τα δύο σώματα περιφέρονται γύρω από το κέντρο μάζας τους. Το ίδιο το δυαδικό σύστημα είναι μικροσκοπικό – σχεδόν στο μέγεθος του Ήλιου.


Το πάλσαρ μαύρη χήρα. Οι Main et al μελέτησαν ένα δυαδικό σύστημα που περιλαμβάνει το πάλσαρ – μαύρη χήρα και το μικρό άστρο συνοδό του. Το πάλσαρ απογυμνώνει το άστρο-συνοδό δημιουργώντας έναν ρεύμα σωματιδίων και ένα περιβάλλον νέφος από ιονισμένο και μαγνητισμένο αέριο – γνωστό ως πλάσμα. Οι αστρονόμοι αποδεικνύουν ότι το πλάσμα σχετικά κοντά στο άστρο-συνοδό μπορεί να λειτουργήσει ως φακός, εστιάζοντας τα ραδιοκύματα και ενισχύοντας την παρατηρούμενη λαμπρότητα του άστρου.
Εκτός από την ραδιοφωνική ακτινοβολία, το πάλσαρ παράγει ένα ισχυρό ρεύμα σωματιδίων «καταβροχθίζοντας» ύλη από το άστρο-συνοδό του, δημιουργώντας έτσι το ιονισμένο και μαγνητισμένο νέφος στο περιβάλλον του. Για τον λόγο αυτό το συγκεκριμένο πάλσαρ ονομάστηκε μαύρη χήρα – από την αντίστοιχη αράχνη που καταβροχθίζει το αρσενικό μετά το ζευγάρωμα. Από τη σκοπιά ενός παρατηρητή στη Γη, το πάλσαρ επισκιάζεται μία φορά σε κάθε πλήρη περιφορά, καθώς κινείται πίσω από το νέφος του πλάσματος.
Οι Main et al χρησιμοποίησαν το τηλεσκόπιο διαμέτρου 305 μέτρων William E. Gordon στο παρατηρητήριο Αρεσίμπο στο Πουέρτο Ρίκο, για να μελετήσουν το εν λόγω πάλσαρ με εξαιρετική λεπτομέρεια. Οι ερευνητές κατέγραψαν διεξοδικά το πώς η παρατηρούμενη λαμπρότητα του πάλσαρ μεταβάλλεται χρονικά σε πολύ μικρές χρονικές κλίμακες της τάξης των μικροδευτερολέπτων. Αυτό που ανακάλυψαν είναι ότι το πάλσαρ φαίνεται να είναι πολύ λαμπρότερο σε ορισμένα σημεία της τροχιάς του – συγκεκριμένα, στις άκρες του νέφους του πλάσματος, ακριβώς πριν και μετά την έκλειψη του πάλσαρ. Μόνο μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου κάθε φορά, και σε συγκεκριμένες ραδιοσυχνότητες, οι παλμοί μπορούν να φαίνονται έως και 80 φορές πιο φωτεινοί από τον μέσο όρο.
Οι ερευνητές υποθέτουν πως το νέφος από πλάσμα δρα ως φακός, ενισχύοντας την παρατηρούμενη λαμπρότητα του πάλσαρ για μικρές περιόδους. Σκεφτείτε το πως ένας μεγεθυντικός φακός εστιάζει το φως, με μια ευρύτερη έννοια: οποιοδήποτε μέσο που προκαλεί την αλλαγή στη διεύθυνση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μπορεί να χρησιμεύσει ως φακός, και το πλάσμα παίζει τον ρόλο του φακού για τα ραδιοκύματα.
Ο Main και οι συνεργάτες του απέδειξαν ότι το φαινόμενο εστίασης από το πλάσμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί έτσι ώστε να μεγεθυνθεί και να μελετηθεί ένα πάλσαρ. Αυτό είναι εντυπωσιακό δεδομένου ότι τα πάλσαρ δεν έχουν διάμετρο μεγαλύτερη από 30 χιλιόμετρα. Παράγουν ραδιοκύματα από μια μαγνητισμένη ατμόσφαιρα γνωστή ως μαγνητόσφαιρα, η οποία περιστρέφεται μαζί με το πάλσαρ. Στην περίπτωση ενός ταχέως περιστρεφόμενου πάλσαρ, όπως η μαύρη χήρα, η μαγνητόσφαιρα εκτείνεται μόνο 100 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια του πάλσαρ.
Μελετώντας την εξάρτηση της ενίσχυσης των παρατηρούμενων σημάτων από τον χρόνο και την συχνότητα, οι Main et al, συμπέραναν ότι θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν την φυσική μετατόπιση των εκπομπών που προέρχονται από διαφορετικές περιοχές της μαγνητόσφαιρας. Με άλλα λόγια, το φαινόμενο του φακού επέτρεψε τους ερευνητές να μετρήσουν λεπτομέρειες στην κλίμακα του χιλιομέτρου, παρά το γεγονός ότι το πάλσαρ βρίσκεται σε απόσταση 1017 χιλιόμετρα από τη Γη! Είναι σαν να μετράς το πλάτος μιας τρίχας που βρίσκεται στην επιφάνεια του Άρη από την Γη ή το μέγεθος ενός ψύλλου στην επιφάνεια του Πλούτωνα.

Το πάλσαρ μαύρη χήρα αποτελεί μια εντυπωσιακή επίδειξη μεγεθυντικού φακού εξαιτίας του πλάσματος, αλλά υπάρχουν κι άλλα αστροφυσικά παραδείγματα αυτού του φαινομένου. Για παράδειγμα, οι μεταβολές στην λαμπρότητα των παρατηρούμενων ραδιοκυμάτων από μακρινές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που ονομάζονται κβάζαρ, έχουν αποδοθεί σε φαινόμενου μεγεθυντικού φακού από δομές πλάσματος στον γαλαξία μας, η προέλευση των οποίων δεν έχει κατανοηθεί ακόμα. Το φαινόμενο του φακού εξαιτίας του πλάσματος όχι μόνο ενισχύει την λαμπρότητα των αστρονομικών αντικειμένων, αλλά αποκαλύπτει επίσης κάτι που διαφορετικά θα ήταν αόρατο.
Ο εντοπισμός φαινομένων φακού εξαιτίας πλάσματος μπορεί να επιτρέψει στους αστρονόμους να δουν με λεπτομέρεια πολύ βαθύτερα στο σύμπαν, σε σχέση με άλλες μεθόδους. Οι Main et al υποδεικνύουν ότι οι παρατηρήσεις τους θα μπορούσαν να λύσουν το μυστήριο των γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων – με διάρκεια της τάξης των χιλιοστών του δευτερολέπτων – που φαίνεται να προέρχονται από μακρινούς γαλαξίες, αλλά είναι αρκετά ισχυρές ώστε να ανιχνεύονται στην Γη.
Οι δομές που παρατηρούνται στο πάλσαρ-μαύρη χήρα είναι παρόμοιες με αυτές που παρατηρούνται στους παλμούς από μια τουλάχιστον πηγή γρήγορων ραιδιοφωνικών εκρήξεων. Μπορεί δηλαδή το φαινόμενο του φακού εξαιτίας του πλάσματος να ευθύνεται για την ενίσχυση της λαμπρότητας των γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων.
Οι Main et al ανίχνευσαν φαινόμενα μεγεθυντικού φακού από πλάσμα σε ένα πάλσαρ που μελετάται πάνω από 30 χρόνια, χρησιμοποιώντας ένα τηλεσκόπιο που λειτουργεί από τις αρχές της δεκαετίας του 1960.
Γατί όμως έγινε τώρα αυτή η ανακάλυψη;
Διότι η ισχύς των υπολογιστών και της καταγραφής των δεδομένων έχει αυξηθεί δραματικά, οπότε τα παλαιά ραδιοτηλεσκόπια μπορούν να μελετήσουν εξονυχιστικά παλμούς σε μικρότερες χρονικές κλίμακες και σε ένα ευρύτερο φάσμα ραδιοσυχνοτήτων. Ανοίγοντας έτσι νέους δρόμους στην ραδιοαστρονομία.

διαβάστε περισσότερα ΕΔΩ:https://www.nature.com/articles/d41586-018-05185-y

Πηγή: physicsgg.me