Νέα μορφή ακτίνων-Χ από αστέρες επιβεβαιώνει τον Einstein.

1-Σεπτεμβρίου-2000

SunΗ ανακάλυψη ενός νέου, παράξενου διαστημικού σήματος από τον Rossi X-ray Timing Explorer(RXTE), έναν δορυφόρο της NASA που εντοπίζει πηγές ακτίνων Χ στο μακρινό Διάστημα, ήρθε να ταράξει την επιστημονική κοινότητα με τις ερμηνείες που φέρνει.

Συγκεκριμμένα ο Dr. van der Klis επικεφαλής μιας επιστημονικής ομάδας απο το Amsterdam, ανακοίνωσε στο τελευταίο τεύχος 540 του έγκυρου επιστημονικού περιοδικού Astrophysical Journal Letters,  πως ο εν λόγω δορυφόρος κατόρθωσε να ανιχνεύσει ένα είδος ακτίνων Χ, που εκπέμπουν αστέρες μεγάλης πυκνότητας, που είναι γνωστοί σαν αστέρες νετρονίων.
Σε αυτές παρατήρησε συσχετισμούς μεταξύ μεταβολών του χρόνου ταλάντωσης και των φασματικών ιδιοτήτων των ακτίνων-Χ που εκπέμπονται από το διπλό αστέρα χαμηλής μάζας 4U 0614+09. Βρήκαν συγκεκριμμένα ισχυρές ταλαντώσεις της ροής των X-ακτίνων. Οι παλμοί αυτοί των ακτίνων που είναι 1000Hz δεν είναι και τόσο περιοδικοί (όχι με σταθερή συχνότητα) και οι επιστήμονες τους ονομάζουν "quasi - periodic oscillations" (QPOs).

rossiΤο διαστημικό όχημα Rossi έχει ανακαλύψει αστέρες νετρονίων που εκπέμπουν ρεύματα ακτίνων-Χ που πάλλονται με 1.000 Hz από τον Αύγουστο του 1996. Οι παλμοί αυτοί των 1.000Hz δεν είναι και τόσο περιοδικοί (όχι με σταθερή συχνότητα). Τα σήματα αυτά που λέγονται QPOs είναι σπουδαία επειδή μπορούν να μας αποκαλύψουν με ποιό τρόπο η ύλη πέφτει πάνω σε ένα αστέρα νετρονίων ή σε μιά μαύρη τρύπα και να μας δώσει πληροφορίες πάνω στην αλληλεπίδραση μεταξύ του δίσκου προσαύξησης (η περιβάλλουσα ύλη της μαύρης τρύπας που θερμαίνεται πέφτοντας και εκπέμπει τις ακτίνες-Χ) και της πηγής που τον περιβάλλει.

Το φαινόμενο αυτό ερμηνεύεται σύμφωνα με τον Dr. van der Klis, σαν απόδειξη της Γενικής θεωρίας Σχετικότητας του Einstein: Η ιδιαίτερα ισχυρή βαρύτητα των περιστρεφόμενων αστέρων νετρονίων περιδινίζει τον γύρω χωρόχρονο, πράγμα που έχει ως αποτέλεσμα την ιδιάζουσα ταλάντωση των ακτίνων-Χ. "Αυτή η ανακάλυψη καλείται μερικές φορές το Άγιο Δισκοπότηρο της Αστρονομίας των ακτίνων-Χ," εξήγησε ο επικεφαλής της ομάδας. Με άλλα λόγια η αυξομείωση της περιόδου των σημάτων του πάλσαρ (αστέρας νετρονίων) που φτάνουν στη Γη, ίσως είναι η έμμεση απόδειξη των κυμάτων βαρύτητας.

Γενική Θεωρία Σχετικότητας

Σύμφωνα με τη γενική Θεωρία της Σχετικότητας, που διατύπωσε τη δεκαετία του 1910 ο Albert Einstein, η βαρύτητα ενός περιστρεφόμενου σώματος ασκεί μια ασθενή έλξη στον περιβάλλοντα χώρο διαμορφώνοντάς τον βαθμιαία σε κυκλικούς δακτυλίους. Ολες οι μορφές ύλης που βρίσκονται σ' αυτόν το χώρο υποχρώνονται να διαταχθούν ανάλογα, σε κύκλους, παρότι υπό συνήθεις συνθήκες η βαρύτητα έλκει όλα τα σώματα μεταξύ τους και δεν τα σπρώχνει προς παράπλευρες κατευθύνσεις.

Ενδείξεις

Στο πέρασμα των δεκαετιών, από την αρχική διατύπωση αυτής της παράδοξης θεωρητικής πρόβλεψης οι αστρονόμοι διατήρησαν τον σκεπτικισμό τους, καθώς δεν κατάφεραν, παρ' όλες τις εξονυχιστικές διαστημικές παρατηρήσεις τους, να ανακαλύψουν ενδείξεις που θα τους έπειθαν ότι αυτό το φαινόμενο πραγματικά εμφανίζεται στο Σύμπαν. Αλλά η ανακάλυψη του νέου, παράξενου διαστημικού σήματος από το διαστημικό όχημα Rossi ήρθε να ταράξει τα λιμνάζοντα νερά.

Εξαιρετικό ενδιαφέρον

Αυτός ο νέος pulsar βοηθάει τους επιστήμονες να λύσουν ένα μυστήριο. Πριν την ανακάλυψη, δύο πληθυσμοί των αστέρων νετρονίων με σχετικά αδύνατα μαγνητικά πεδία αλλά με εντελώς διαφορετικά χαρακτηριστικά ήταν γνωστά. Υπάρχουν παλαιά, προσαυξάνοντα σε ύλη αστέρες νετρονίων, που γεννούν X-ακτίνες από το υλικό που καταβροχθίζουν από την γειτονιά τους, και μιά άλλη ομάδα από pulsars που εκπέμπουν ραδιο-κύματα που περιστρέφονται πολύ γρήγορα και βαθμιαία αργοπορούν. Οι επιστήμονες υποπτεύθηκαν πως υπήρχε σύνδεση μεταξύ των δύο ειδών αστέρων, και η ανακάλυψη αυτού του pulsar που είναι ταυτόχρονα εκπομπός ακτίνων-X αλλά και ταχέως περιστρεφόμενος προϊδεάζει την σύνδεση.
Αστρονόμοι από τη NASA χρησιμοποίησαν τον Rossi το Νοέμβριο του 1997 για να παρατηρήσουν μιά μαύρη τρύπα που εμφανίζεται να σέρνει τον χώρο και τον χρόνο γύρω από αυτήν καθώς περιστρέφεται! Μια καλή αναλογία είναι μιά μπάλλα του bowling  που βυθίζεται στην μελάσσα. Όταν η μπάλλα περιστρέφεται, παρασέρνει τη μελάσσα με αυτήν, όπως ακριβώς μιά μαύρη τρύπα σέρνει τον χωρόχρονο. Αυτό το φαινόμενο προβλέπεται από τον Einsten και για πρώτη φορά από το 1918 ένα φυσικό γεγονός ήλθε να το επιβεβαιώσει.

Ολοι οι επιστήμονες συμφωνούν ότι οι παρατηρήσεις του δορυφόρου Rossi παρουσιάζουν εξαιρετικό ενδιαφέρον, ανοίγοντας νέες προοπτικές στην αστροφυσική. Ωστόσο, δεν συμπίπτουν όλοι στην ερμηνεία των απροσδόκητων ευρημάτων. Αίφνης, ο Dr Begelmann από το Colorado πιθανολογεί ότι πίσω από την ιδιόμορφη ακτινοβολία των αστέρων νετρονίων κρύβεται ένα εντελώς διαφορετικό φαινόμενο από την πιθανολογούμενη περιδίνηση του χωροχρόνου - ενδεχομένως, κάποιες κυματοειδείς κινήσεις που επίσης προβλέπονται από τη γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Η τελική απάντηση ενδέχεται να δοθεί από μελλοντικά ερευνητικά προγράμματα (Constallation Χ και Maxim) που επίσης καλούνται να ανιχνεύσουν ακτινοβολία Χ μακρινών διαστημικών αντικειμένων.

Πεδίο βαρύτητας

Διπλοί αστέρεςΟι αστέρες νετρονίων αποτελούν κάτι σαν «αστρικά πτώματα»: Είναι αυτό που απομένει όταν ένα άστρο αρκετά μεγάλης μάζας καταρρέει με μια μεγάλη έκρηξη, αφήνοντας πίσω του ένα απίθανα πυκνό υπόλειμμα - τόσο πυκνό όσο ο πυρήνας ενός ατόμου. Ενας τυπικός αστέρας νετρονίων έχει διάμετρο μόλις 20 χιλιομέτρων, αλλά ζυγίζει περισσότερο από τον Ηλιο. (Αν το αρχικό αστέρι είναι ακόμη μεγαλύτερο, μπορεί να εξελιχθεί, μετά τον «θάνατό του», όχι σε αστέρα νετρονίων αλλά σε «μαύρη τρύπα»- ένα ακόμη πιο εξωτικό ουράνιο σώμα, όπου η κατάρρευση συνεχίζεται ακόμη περισσότερο, με αποτέλεσμα η τρομακτικά υψηλή πυκνότητα της μαύρης τρύπας να δημιουργήσει ένα ισχυρότατο πεδίο βαρύτητας που αιχμαλωτίζει τα πάντα γύρω του, ακόμα και το ίδιο το φως).

Οι ειδικοί πιστεύουν ότι κάθε αστέρας νετρονίων περιστρέφεται σε μικρή απόσταση γύρω από έναν άλλο, συνηθισμένο αστέρα. Το ισχυρό πεδίο βαρύτητας του αστέρα νετρονίων έλκει τα αέρια που σχηματίζουν την εξωτερική επιφάνεια του γείτονά του. Καθώς περιστρέφονται, επιταχύνονται και θερμαίνονται, τα αέρια εκπέμπουν ακτίνες Χ με ένα χαρακτηριστικό ρυθμό, ο οποίος «προδίδει» την παραμόρφωση του περιβάλλοντος χώρου.

Η κοινή λογική αντιλαμβάνεται την παραμόρφωση ενός υλικού σώματος ή έστω μιας ακτίνας φωτός που διαθλάται. Αλλά πώς μπορούμε να συλλάβουμε την ιδέα της παραμόρφωσης του ίδιου του κενού χώρου; Σύμφωνα με τη γενικη Θεωρία της Σχετικότητας, που διατύπωσε ο Αϊνστάιν, η βαρύτητα και ο χώρος (καλύτερα να πούμε ο χωροχρόνος) δεν είναι δύο έννοιες ολότελα ανεξάρτητες, αλλά βρίσκονται σε στενή διαπλοκή: Η βαρύτητα που δημιουργεί ένα υλικό σώμα καμπυλώνει τον περιβάλλοντα χώρο, λες και επρόκειτο για ένα πλαστικό σώμα και όχι για το απόλυτο κενό.

 

Home