Η αναζήτηση στο Σύμπαν για περίεργα νέα αστρικά συστήματα μπορεί να οδηγήσει σε αρκετά ενδιαφέροντα ευρήματα. Και μερικές φορές, μπορεί να εμφανίσει φαινόμενα που έρχονται σε αντίθεση με όλα όσα νομίζουμε ότι γνωρίζουμε για το σχηματισμό και την εξέλιξη των άστρων. Τέτοια ευρήματα δεν είναι μόνο συναρπαστικά και συναρπαστικά, αλλά μας δίνουν την ευκαιρία να επεκταθούμε και να τελειοποιήσουμε τα μοντέλα μας για το πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν.
Για παράδειγμα, μια πρόσφατη μελέτη που διεξήχθη από μια διεθνή ομάδα επιστημόνων έδειξε πώς η πρόσφατη ανακάλυψη του δυαδικού συστήματος - ενός πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου και ενός λευκού νάνου χαμηλής μάζας (LMWD) - έχει αψηφήσει τις συμβατικές ιδέες της αστρικής εξέλιξης. Ενώ τέτοια συστήματα πίστευαν ότι είχαν κυκλικές τροχιές στο παρελθόν, ο λευκός νάνος στο συγκεκριμένο δυαδικό περιφέρεται γύρω από το πάλσαρ με εξαιρετική εκκεντρικότητα!
Για να το αναλύσουμε, η συμβατική σοφία δηλώνει ότι τα LMWD είναι το προϊόν της δυαδικής εξέλιξης. Ο λόγος για αυτό είναι επειδή υπό κανονικές συνθήκες, ένα τέτοιο αστέρι –με χαμηλή μάζα αλλά απίστευτη πυκνότητα– θα σχηματιζόταν μόνο αφού εξαντλήσει όλο το πυρηνικό του καύσιμο και χάσει τα εξωτερικά του στρώματα ως πλανητικό νεφέλωμα. Δεδομένης της μάζας αυτού του άστρου, αυτό θα χρειαζόταν περίπου 100 δισεκατομμύρια χρόνια για να συμβεί από μόνο του - δηλαδή περισσότερο από την ηλικία του Σύμπαντος.
Η εντύπωση ενός καλλιτέχνη για ένα αυξανόμενο πάλσαρ ακτίνων Χ χιλιοστού του δευτερολέπτου. Το υλικό που ρέει από το συνοδό αστέρι σχηματίζει έναν δίσκο γύρω από το αστέρι νετρονίων που είναι κολοβωμένο στην άκρη της μαγνητόσφαιρας του πάλσαρ. Πίστωση: NASA/Goddard/Dana Berry
Ως εκ τούτου, γενικά πιστεύεται ότι είναι το αποτέλεσμα της σύζευξης με άλλα αστέρια – συγκεκριμένα, ραδιο πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου (MSP). Πρόκειται για έναν ξεχωριστό πληθυσμό άστρων νετρονίων που έχουν γρήγορες περιόδους περιστροφής και μαγνητικά πεδία που είναι αρκετές τάξεις μεγέθους ασθενέστερα από αυτά των «κανονικών» πάλσαρ. Αυτές οι ιδιότητες πιστεύεται ότι είναι το αποτέλεσμα μεταφοράς μάζας με ένα συνοδό αστέρι.
Βασικά, τα MSP που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από ένα αστέρι θα τους αφαιρέσουν αργά τη μάζα τους, απορροφώντας τα εξωτερικά στρώματά τους και μετατρέποντάς τα σε λευκό νάνο. Η προσθήκη αυτής της μάζας στο πάλσαρ το κάνει να περιστρέφεται γρηγορότερα και να θάβει το μαγνητικό του πεδίο και επίσης απογυμνώνει το συνοδό αστέρι σε έναν λευκό νάνο. Σε αυτό το σενάριο, η εκκεντρότητα της τροχιάς του LMWD γύρω από το πάλσαρ αναμένεται να είναι αμελητέα.
Ωστόσο, κοιτάζοντας το δυαδικό σύστημα αστεριών PSR J2234+0511, η διεθνής ομάδα παρατήρησε κάτι εντελώς διαφορετικό. Εδώ, βρήκαν έναν λευκό νάνο χαμηλής μάζας σε συνδυασμό με ένα πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου, στον οποίο ο λευκός νάνος περιφέρεται με περίοδο 32 ημερών και ακραία εκκεντρότητα (0,13). Δεδομένου ότι αυτό αψηφά τα σημερινά μοντέλα λευκών νάνων αστέρων, η ομάδα άρχισε να ψάχνει για εξηγήσεις.
Όπως είπε ο Δρ. Ιωάννης Αντωνιάδης – ερευνητής από το Ινστιτούτο Dunlap στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο και ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης - είπε στο Universe Today μέσω email:
«Τα δυαδικά pulsar-LMWD χιλιοστού του δευτερολέπτου είναι πολύ κοινά. Σύμφωνα με το καθιερωμένο σενάριο σχηματισμού, αυτά τα συστήματα εξελίσσονται από δυαδικά συστήματα ακτίνων Χ χαμηλής μάζας στα οποία ένα αστέρι νετρονίων συσσωρεύει ύλη από ένα γιγάντιο αστέρι. Τελικά, αυτό το αστέρι εξελίσσεται σε λευκό νάνο και το αστέρι νετρονίων γίνεται πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου. Λόγω των ισχυρών παλιρροϊκών δυνάμεων κατά τη διάρκεια του επεισοδίου μεταφοράς μάζας, οι τροχιές αυτών των συστημάτων είναι εξαιρετικά κυκλικές, με εκκεντρότητες περίπου 0,000001.
Η εντύπωση ενός καλλιτέχνη για ένα πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου και του συντρόφου του. Το πάλσαρ (μπλε) συσσωρεύει υλικό από το φουσκωμένο κόκκινο αστέρι του και αυξάνει τον ρυθμό περιστροφής του. Πίστωση: ESA/Francesco Ferraro (Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Μπολόνια)
Για χάρη της μελέτης τους, που εμφανίστηκε πρόσφατα στοThe Astrophysical Journal– με τίτλο “ Ένα εκκεντρικό δυαδικό πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου με έναν σύντροφο λευκό νάνο ηλίου στο Γαλαξιακό πεδίο ” – η ομάδα βασίστηκε στη νέα οπτική φωτομετρία του συστήματος που παρέχεται από το Sloan Digital Sky Survey (SDSS), και φασματοσκοπία από το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο από το Παρατηρητήριο Paranal στη Χιλή.
Επιπλέον, συμβουλεύτηκαν πρόσφατες μελέτες που εξέτασαν άλλα δυαδικά συστήματα αστεριών που δείχνουν αυτό το ίδιο είδος εκκεντρικής σχέσης. «Γνωρίζουμε τώρα 5 συστήματα που αποκλίνουν από αυτήν την εικόνα, καθώς έχουν εκκεντρότητες ~0,1, δηλαδή αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερες από αυτό που αναμένεται στο τυπικό σενάριο», είπε ο Αντωνιάδης. «Είναι ενδιαφέρον ότι όλα φαίνονται να έχουν παρόμοιες εκκεντρότητες και περιόδους τροχιάς».
Από αυτό, μπόρεσαν να συμπεράνουν τη θερμοκρασία (8600 ± 190 K) και την ταχύτητα (km/s) του λευκού νάνου συντρόφου στο δυαδικό σύστημα αστεριών. Σε συνδυασμό με τους περιορισμούς που τέθηκαν στις μάζες των δύο σωμάτων – 0,28 ηλιακές μάζες για τον λευκό νάνο και 1,4 για το πάλσαρ – καθώς και με τις ακτίνες και την επιφανειακή τους βαρύτητα, στη συνέχεια δοκίμασαν τρεις πιθανές εξηγήσεις για το πώς δημιουργήθηκε αυτό το σύστημα.
Αυτά περιελάμβαναν την πιθανότητα να σχηματιστούν αστέρια νετρονίων (όπως το πάλσαρ του δευτερολέπτου χιλιοστού που παρατηρείται εδώ) μέσω μιας κατάρρευσης που προκαλείται από συσσώρευση ενός τεράστιου λευκού νάνου. Ομοίως, εξέτασαν εάν τα αστέρια νετρονίων υφίστανται μετασχηματισμό καθώς συσσωρεύουν υλικό, που έχει ως αποτέλεσμα να γίνουν αστέρια κουάρκ. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η απελευθέρωση της βαρυτικής ενέργειας θα ήταν υπεύθυνη για την πρόκληση της παρατηρούμενης εκκεντρότητας.
Εικονογράφηση καλλιτέχνη ενός περιστρεφόμενου αστέρα νετρονίων, τα απομεινάρια μιας έκρηξης super nova. Πίστωση: NASA, Caltech-JPL
Δεύτερον, εξέτασαν την πιθανότητα – σύμφωνα με τα τρέχοντα μοντέλα αστρικής εξέλιξης – ότι τα LMWD μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος μάζας έχουν ισχυρούς αστρικούς ανέμους όταν είναι πολύ μικρά (λόγω ασταθούς σύντηξης υδρογόνου). Ως εκ τούτου, η ομάδα εξέτασε εάν αυτοί οι ισχυροί αστρικοί άνεμοι θα μπορούσαν να ήταν αυτοί που διέκοψαν την τροχιά του πάλσαρ νωρίτερα στην ιστορία του συστήματος.
Τέλος, εξέτασαν την πιθανότητα ότι μέρος του υλικού που απελευθερώθηκε από τον λευκό νάνο στο παρελθόν (λόγω αυτού του ίδιου αστρικού ανέμου) θα μπορούσε να είχε σχηματίσει έναν βραχύβιο περιμετρικό δίσκο. Αυτός ο δίσκος θα λειτουργούσε τότε σαν ένα τρίτο σώμα, διαταράσσοντας το σύστημα και αυξάνοντας την εκκεντρότητα της τροχιάς του λευκού νάνου. Στο τέλος, θεώρησαν ότι τα δύο πρώτα σενάρια ήταν απίθανα, καθώς η μάζα που συνάγεται για τον προγονικό πάλσαρ δεν ήταν συνεπής με κανένα από τα δύο μοντέλα.
Ωστόσο, το τρίτο σενάριο, στο οποίο η αλληλεπίδραση με έναν περιφερειακό δίσκο ήταν υπεύθυνη για την εκκεντρικότητα, ήταν συνεπής με τις συναγόμενες παραμέτρους τους. Επιπλέον, το τρίτο σενάριο προβλέπει πώς (εντός συγκεκριμένου εύρους μάζας) δεν θα πρέπει να υπάρχουν κυκλικά δυαδικά με παρόμοιες τροχιακές περιόδους – κάτι που είναι σύμφωνο με όλα τα γνωστά παραδείγματα τέτοιων συστημάτων. Όπως εξήγησε ο Δρ Αντωνιάδης:
«Αυτές οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι το αστέρι σύντροφος σε αυτό το σύστημα είναι πράγματι ένας λευκός νάνος χαμηλής μάζας. Επιπλέον, η μάζα του πάλσαρ φαίνεται να είναι πολύ χαμηλή για το #2 και λίγο πολύ υψηλή για το #1. Μελετάμε επίσης την τροχιά του δυαδικού στον Γαλαξία και μοιάζει πολύ με αυτό που βρίσκουμε για τα δυαδικά ακτίνων Χ χαμηλής μάζας. Αυτά τα στοιχεία μαζί ευνοούν την υπόθεση του δίσκου».
Διατομή αστέρα νετρονίων. Προσφορά: Wikipedia Commons/Robert Schulz
Φυσικά, ο Δρ Αντωνιάδης και οι συνεργάτες του παραδέχονται ότι χρειάζονται περισσότερες πληροφορίες για να κριθεί σωστή η υπόθεσή τους. Ωστόσο, εάν τα αποτελέσματά τους επιβεβαιωθούν από μελλοντική έρευνα, τότε αναμένουν ότι θα είναι ένα πολύτιμο εργαλείο για τους μελλοντικούς αστρονόμους και αστροφυσικούς που θέλουν να μελετήσουν την αλληλεπίδραση μεταξύ δυαδικών συστημάτων αστέρων και περιμετρικών δίσκων.
Επιπλέον, η ανακάλυψη αυτού του δυαδικού συστήματος υψηλής εκκεντρότητας θα διευκολύνει τη μέτρηση των μαζών των Λευκών Νάνων Χαμηλής Μάζας με εξαιρετική ακρίβεια τα επόμενα χρόνια. Αυτό με τη σειρά του θα βοηθήσει τους αστρονόμους να κατανοήσουν καλύτερα τις ιδιότητες αυτών των άστρων και τι οδηγεί στο σχηματισμό τους.
Όπως μας έχει διδάξει η ιστορία, η κατανόηση του Σύμπαντος απαιτεί μια σοβαρή δέσμευση στη διαδικασία της συνεχούς ανακάλυψης. Και όσο περισσότερα ανακαλύπτουμε, τόσο πιο ξένος φαίνεται να γίνεται, αναγκάζοντάς μας να επανεξετάσουμε αυτά που πιστεύουμε ότι γνωρίζουμε για αυτό.
Περαιτέρω ανάγνωση: The Astrophysical Journal