Οι αστρονόμοι καταλαβαίνουν πώς να χρησιμοποιήσουν τον βαρυτικό φακό για να μετρήσουν τη μάζα των λευκών νάνων
Για χάρη της μελέτης των πιο απομακρυσμένων αντικειμένων στο Σύμπαν, οι αστρονόμοι συχνά βασίζονται σε μια τεχνική γνωστή ως Βαρυτικός Φακός . Με βάση τις αρχές του Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν , αυτή η τεχνική περιλαμβάνει τη στήριξη σε μια μεγάλη κατανομή ύλης (όπως ένα σμήνος γαλαξιών ή ένα αστέρι) για να μεγεθύνει το φως που προέρχεται από ένα μακρινό αντικείμενο, κάνοντάς το έτσι να φαίνεται φωτεινότερο και μεγαλύτερο.
Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, οι αστρονόμοι έχουν βρει και άλλες χρήσεις αυτής της τεχνικής. Για παράδειγμα, μια ομάδα επιστημόνων από το Κέντρο Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian (CfA) πρόσφατα προσδιόρισε ότι ο Βαρυτικός Φακός θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε προσδιορίστε τη μάζα των λευκών νάνων αστέρων . Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια νέα εποχή στην αστρονομία όπου μπορεί να προσδιοριστεί η μάζα των πιο αμυδρών αντικειμένων.
Η μελέτη που αναλύει τα ευρήματά τους, με τίτλο « Πρόβλεψη βαρυτικού φακού από αστρικά υπολείμματα ” εμφανίστηκε στοΜηνιαία ειδοποίηση της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας.Επικεφαλής της μελέτης ήταν ο Alexander J. Harding της CfA και συμπεριέλαβε τη Rosanne Di Stefano και την Claire Baker (επίσης από την CfA), καθώς και μέλη από το Πανεπιστήμιο του Southampton, το Georgia State University, το University of Nigeria και το Cornell University .
Μια εικόνα Hubble του λευκού νάνου άστρου PM I12506+4110E (το φωτεινό αντικείμενο, που φαίνεται με μαύρο χρώμα σε αυτήν την αρνητική εκτύπωση) και το πεδίο του που περιλαμβάνει δύο μακρινά αστέρια PM12-MLC1&2. Πιστώσεις: Harding et al./NASA/HST
Για να το θέσω απλά, ο προσδιορισμός της μάζας ενός αστρονομικού αντικειμένου είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για τους αστρονόμους. Μέχρι τώρα, η πιο επιτυχημένη μέθοδος βασιζόταν σε δυαδικά συστήματα επειδή οι τροχιακές παράμετροι αυτών των συστημάτων εξαρτώνται από τις μάζες των δύο αντικειμένων. Δυστυχώς, τα αντικείμενα που βρίσκονται στην τελική κατάσταση της αστρικής εξέλιξης –όπως μαύρες τρύπες, αστέρια νετρονίων ή λευκοί νάνοι– είναι συχνά πολύ αμυδρά ή απομονωμένα για να είναι ανιχνεύσιμα.
Αυτό είναι ατυχές, καθώς αυτά τα αντικείμενα είναι υπεύθυνα για πολλά δραματικά αστρονομικά γεγονότα. Αυτά περιλαμβάνουν τη συσσώρευση υλικού, την εκπομπή ενεργειακής ακτινοβολίας, βαρυτικά κύματα, εκρήξεις ακτίνων γάμμα ή σουπερνόβα. Πολλά από αυτά τα συμβάντα εξακολουθούν να αποτελούν μυστήριο για τους αστρονόμους ή η μελέτη τους είναι ακόμα στα σπάργανα – δηλαδή τα βαρυτικά κύματα. Όπως αναφέρουν στη μελέτη τους:
«Ο βαρυτικός φακός παρέχει μια εναλλακτική προσέγγιση στη μέτρηση μάζας. Έχει το πλεονέκτημα ότι βασίζεται μόνο στο φως από μια πηγή φόντου και επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμα και για σκούρους φακούς. Στην πραγματικότητα, δεδομένου ότι το φως από τον φακό μπορεί να επηρεάσει την ανίχνευση των εφέ φακού, τα συμπαγή αντικείμενα είναι ιδανικοί φακοί.»
Όπως συνεχίζουν να αναφέρουν, από τα 18.000 συμβάντα φακού που έχουν ανιχνευθεί μέχρι σήμερα, περίπου το 10 έως 15% πιστεύεται ότι προκλήθηκαν από συμπαγή αντικείμενα. Ωστόσο, οι επιστήμονες δεν είναι σε θέση να πουν ποια από τα συμβάντα που εντοπίστηκαν οφείλονταν σε συμπαγείς φακούς. Για χάρη της μελέτης τους τότε, η ομάδα προσπάθησε να παρακάμψει αυτό το πρόβλημα εντοπίζοντας τοπικά συμπαγή αντικείμενα και προβλέποντας πότε θα μπορούσαν να παράγουν ένα συμβάν φακού ώστε να μπορέσουν να μελετηθούν.
Κινούμενα σχέδια που δείχνουν το λευκό νάνο αστέρι Stein 2051B καθώς περνά μπροστά από ένα μακρινό αστέρι φόντου. Πίστωση: NASA
«Εστιάζοντας σε προεπιλεγμένα συμπαγή αντικείμενα κοντά στον Ήλιο, διασφαλίζουμε ότι το συμβάν του φακού θα προκληθεί από έναν λευκό νάνο, ένα αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα», αναφέρουν. «Επιπλέον, η απόσταση και η σωστή κίνηση του φακού μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια πριν από το συμβάν ή αλλιώς μετά. Με αυτές τις πληροφορίες, η καμπύλη φωτός του φακού επιτρέπει σε κάποιον να μετρήσει με ακρίβεια τη μάζα του φακού.»
Στο τέλος, η ομάδα διαπίστωσε ότι τα γεγονότα του φακού μπορούσαν να προβλεφθούν από χιλιάδες τοπικά αντικείμενα. Αυτά περιλαμβάνουν 250 αστέρια νετρονίων, 5 μαύρες τρύπες και περίπου 35.000 λευκούς νάνους. Τα αστέρια νετρονίων και οι μαύρες τρύπες αποτελούν πρόκληση, καθώς οι γνωστοί πληθυσμοί είναι πολύ μικροί και οι σωστές κινήσεις και/ή οι αποστάσεις τους δεν είναι γενικά γνωστές.
Αλλά στην περίπτωση των λευκών νάνων, οι συγγραφείς προβλέπουν ότι θα παρέχουν πολλές ευκαιρίες για φακούς στο μέλλον. Με βάση τις γενικές κινήσεις των λευκών νάνων στον ουρανό, έλαβαν μια στατιστική εκτίμηση ότι περίπου 30-50 συμβάντα φακού θα λαμβάνουν χώρα ανά δεκαετία που θα μπορούσαν να εντοπιστούν από τους Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble , της ESA’s Γαία αποστολή ή της NASA Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST). Όπως αναφέρουν στα συμπεράσματά τους:
«Διαπιστώνουμε ότι η ανίχνευση γεγονότων φακού λόγω λευκών νάνων μπορεί σίγουρα να παρατηρηθεί κατά τη διάρκεια της επόμενης δεκαετίας τόσο από τη Gaia όσο και από το HST. Θα συμβούν φωτομετρικά συμβάντα, αλλά για την ανίχνευσή τους θα απαιτηθούν παρατηρήσεις των θέσεων εκατοντάδων έως χιλιάδων λευκών νάνων που πετάγονται μακριά. Καθώς μαθαίνουμε τις θέσεις, τις αποστάσεις και τις σωστές κινήσεις μεγαλύτερων αριθμών λευκών νάνων μέσω της ολοκλήρωσης ερευνών όπως η Γαία και μέσω συνεχιζόμενων και νέων ερευνών ευρέος πεδίου, η κατάσταση θα συνεχίσει να βελτιώνεται».
Το μέλλον της αστρονομίας φαίνεται πράγματι λαμπρό. Μεταξύ των βελτιώσεων στην τεχνολογία, τη μεθοδολογία και την ανάπτυξη διαστημικών και επίγειων τηλεσκοπίων επόμενης γενιάς, δεν υπάρχει έλλειψη ευκαιριών για να δείτε και να μάθετε περισσότερα.