Μέχρι σήμερα, έχουμε ανιχνεύσει ένα μικρό μόνο και σίγουρα μη αντιπροσωπευτικό δείγμα από τον τεράστιο πληθυσμό των αστέρων νετρονίων που εικάζεται ότι εμπεριέχει ο Γαλαξίας μας. Με το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman, που προγραμματίζεται να εκτοξευθεί τον ερχόμενο Σεπτέμβριο, θα ανακαλύψουμε και θα προσδιορίσουμε τη μάζα πολλών περισσότερων. Πραγματικά, ομάδα ερευνητών υποστηρίζει ότι με την έναρξη της λειτουργίας του, το Roman θα ανοίξει ένα νέο παράθυρο στην διερεύνηση αυτών των υπέρπυκνων αστρικών λειψάνων και θα μας βοηθήσει να ανακαλύψουμε το πρώτο σημαντικό δείγμα αστέρων νετρονίων οι οποίοι, αμέσως μετά τον σχηματισμό τους, εκτινάχθηκαν με τεράστιες ταχύτητες και έκτοτε περιπλανιόνται μόνοι τους στο αχανές Διάστημα. 

Οι αστέρες νετρονίων είναι οι ταχύτατα περιστρεφόμενοι και υπέρπυκνοι αστρικοί πυρήνες που απομένουν ως λείψανο μετά τον εκρηκτικό θάνατο άστρων μεγάλης μάζας. Οι αστέρες νετρονίων συγκεντρώνουν περισσότερη μάζα απ’ αυτήν του Ήλιου σε μια σφαίρα με διάμετρο λίγων μόνο χιλιομέτρων και συγκαταλέγονται ανάμεσα στα πιο ακραία αντικείμενα που υπάρχουν στο Σύμπαν. Η μελέτη τους είναι σημαντική καθώς αποτελούν ένα μοναδικό φυσικό εργαστήριο για την μελέτη της ύλης σε συνθήκες ακραίας πίεσης και πυκνότητας. Επιπλέον, εξακολουθούμε να αγνοούμε πολλά, όχι μόνο για τον μηχανισμό γέννησής τους, αλλά και για τον τρόπο με τον οποίο πολλοί απ’ αυτούς εκτινάσσονται στο Διάστημα με τεράστιες ταχύτητες, μετά τον σχηματισμό τους. 

Οι αστροφυσικοί, τέλος, επιθυμούν να διερευνήσουν σε βάθος και το επονομαζόμενο «κενό μάζας» που υπάρχει ανάμεσα στους αστέρες νετρονίων με την μεγαλύτερη μάζα και στις μαύρες τρύπες με την μικρότερη μάζα. Με δεδομένο, δηλαδή, ότι ο βαρύτερος αστέρας νετρονίων που έχει ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα δεν υπερβαίνει τις περίπου 2,35 ηλιακές μάζες, και η ελαφρύτερη αστρική μαύρη τρύπα που γνωρίζουμε έχει μάζα περίπου 5 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου, το ερώτημα παραμένει: υπάρχουν άραγε αντικείμενα που «γεφυρώνουν» αυτή την διαφορά και αν ναι, πώς σχηματίζονται και τι ιδιότητες έχουν; Ή μήπως το κενό μάζας στην πραγματικότητα δεν υφίσταται και απλά οφείλεται στις ελλιπείς ακόμα παρατηρήσεις μας; 

Σύμφωνα με θεωρητικές εκτιμήσεις, ο Γαλαξίας μας μπορεί να εμπεριέχει αρκετές εκατοντάδες εκατ. αστέρες νετρονίων, ωστόσο μέχρι σήμερα έχουμε ανακαλύψει λίγες μόνο χιλιάδες. Ένας λόγος γι’ αυτό είναι ότι οι περισσότεροι αστέρες νετρονίων έχουν ηλικία δισεκατομμυρίων ετών, που σημαίνει ότι πολλοί απ’ αυτούς έχουν επιβραδύνει τόσο πολύ την αρχικά μεγάλη ταχύτητα περιστροφής τους και έχουν ήδη αποβάλει την αρχικά τεράστια θερμοκρασία τους, γεγονός που καθιστά την ανίχνευσή τους εξαιρετικά δύσκολη.   

Επιπλέον, οι περισσότεροι αστέρες νετρονίων που έχουμε ανακαλύψει είναι πάλσαρ, τα οποία εκπέμπουν δέσμες ακτινοβολίας από τους μαγνητικούς τους πόλους. Στην περίπτωση, δηλαδή, που οι μαγνητικοί πόλοι ενός αστέρα νετρονίων δεν ευθυγραμμίζονται με τον άξονα περιστροφής του, οι κώνοι ακτινοβολίας που εκπέμπει, περιστρέφονται και αυτοί, σαρώνοντας το Διάστημα, ακριβώς όπως και το περιστρεφόμενο «μάτι» ενός φάρου. Απ’ όλα, όμως, τα πάλσαρ του Γαλαξία μας, μπορούμε θεωρητικά να ανιχνεύσουμε με τα τηλεσκόπιά μας μόνο εκείνα, των οποίων η ακτινοβολία  σαρώνει στο πέρασμά της τη Γη. 

Μέχρι τώρα, η μάζα ενός αστέρα νετρονίων μπορούσε να υπολογιστεί με ακρίβεια μόνο στην περίπτωση που αυτός ανήκει σε ένα δυαδικό αστρικό σύστημα. Η νέα μελέτη, ωστόσο, υποδηλώνει ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman, που η NASA προγραμματίζει να εκτοξεύσει ακόμη και μέσα στον ερχόμενο Σεπτέμβριο, θα μπορούσε να τους εντοπίσει, καθώς και να υπολογίζει τη μάζα τους, με έναν διαφορετικό τρόπο. Χρησιμοποιώντας λεπτομερείς προσομοιώσεις του Γαλαξία μας και των μελλοντικών παρατηρήσεων του Roman, οι ερευνητές της σχετικής μελέτης έδειξαν ότι το νέο αυτό διαστημικό τηλεσκόπιο θα μπορεί να εντοπίσει δεκάδες απομονωμένους αστέρες νετρονίων, καθώς και να προσδιορίσει την μάζα τους, με την βοήθεια του φαινομένου της βαρυτικής μικροεστιασης. Η μελέτη αυτή, με επικεφαλής την Zofia Kaczmarek από το Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης, δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Astronomy and Astrophysics. 

Όταν ένας αστέρας νετρονίων διέρχεται μπροστά από ένα άλλο μακρινό άστρο, η βαρύτητά του ενισχύει και εκτρέπει το φως του άστρου που βρίσκεται στο υπόβαθρο. Το φαινόμενο της βαρυτικής μικροεστίασης, δηλαδή, κάνει το άστρο να φαίνεται πιο φωτεινό και να εμφανίζεται κάπως μετατοπισμένο από την πραγματική του θέση στον ουρανό. Ενώ πολλά τηλεσκόπια μπορούν να ανιχνεύσουν την προσωρινή αυτή αύξηση της φωτεινότητας ενός μακρινού άστρου, το Roman μπορεί να μετρήσει τόσο την αύξηση της φωτεινότητάς του (φωτομετρία), όσο και τη μικροσκοπική μετατόπιση της θέσης του (αστρομετρία) με εξαιρετική ακρίβεια. Όσο, μάλιστα, μεγαλύτερη είναι η φαινομενική μετατόπιση της θέσης ενός άστρου, τόσο μεγαλύτερη είναι και η μάζα του αστέρα νετρονίων που την προκάλεσε. 

«Το πραγματικά εντυπωσιακό με τη χρήση της μικροεστίασης είναι ότι μπορείς να λάβεις άμεσες μετρήσεις μάζας», εξήγησε σχετικά ο συν-συγγραφέας της μελέτης Peter McGill από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore. «Η φωτομετρία μας δείχνει ότι κάτι πέρασε μπροστά από το άστρο, αλλά αυτό που μας δείχνει πόσο μεγάλη είναι η μάζα αυτού του αντικειμένου είναι το μέγεθος της μετατόπισης που παρατηρούμε στην θέση του άστρου. Μετρώντας αυτή την μικροσκοπική μετατόπιση στον ουρανό, μπορούμε να υπολογίσουμε άμεσα την μάζα ενός αντικειμένου που διαφορετικά θα παρέμενε αόρατο». 

Εάν οι προβλέψεις της σχετικής μελέτης επαληθευτούν, το διαστημικό τηλεσκόπιο Roman μπορεί να μας δώσει το πρώτο μεγάλο δείγμα απομονωμένων αστέρων νετρονίων, οι οποίοι θα έχουν ανακαλυφθεί αποκλειστικά μέσα από την βαρύτητά τους, αποκαλύπτοντας έναν κρυφό πληθυσμό αυτών των υπέρπυκνων αστρικών λειψάνων που παρέμενε απρόσιτος μέχρι τώρα. 

Πηγή: NASA's Roman Poised to Transform Hunt for Elusive Neutron Stars | STScI

Φωτογραφία: Καλλιτεχνική αναπαράσταση απομονωμένου αστέρα νετρονίων [Credit: NASA, STScI, Ralf Crawford (STScI)]

π