Χρησιμοποιώντας το CHARA Array του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Τζόρτζια, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων αποκάλυψε απροσδόκητη πολυπλοκότητα στον τρόπο με τον οποίο εκρήγνυνται τα αστέρια.
Oι εκρήξεις των αστεριών
Οι αστρονόμοι έλαβαν εικόνες δύο αστρικών εκρήξεων, που ονομάζονται καινοφανείς, λίγες μέρες μετά την έκρηξή τους, καταγράφοντάς τες με λεπτομέρεια που δεν είχε επιτευχθεί ποτέ πριν. Αυτές οι παρατηρήσεις δείχνουν άμεσα ότι οι καινοφανείς είναι πολύ πιο πολύπλοκες από ό,τι πίστευαν κάποτε οι επιστήμονες, περιλαμβάνοντας πολλαπλές ροές εκτιναγμένου υλικού και, σε ορισμένες περιπτώσεις, μεγάλες καθυστερήσεις πριν απελευθερωθεί αυτό το υλικό.
Η διεθνής μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Astronomy, βασίστηκε σε μια ισχυρή μέθοδο παρατήρησης γνωστή ως συμβολομετρία στο Κέντρο Αστρονομίας Υψηλής Γωνιακής Ανάλυσης (CHARA Array) στην Καλιφόρνια. Συνδυάζοντας φως από διάφορα τηλεσκόπια, οι ερευνητές πέτυχαν την εξαιρετικά υψηλή ανάλυση που απαιτείται για την απεικόνιση αυτών των ταχέως μεταβαλλόμενων γεγονότων καθώς εκτυλίσσονταν.
«Οι εικόνες μας δίνουν μια κοντινή εικόνα του πώς το υλικό εκτινάσσεται μακριά από το αστέρι κατά τη διάρκεια της έκρηξης», δήλωσε η Gail Schaefer του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Τζόρτζια, διευθύντρια του CHARA Array. «Η καταγραφή αυτών των παροδικών γεγονότων απαιτεί ευελιξία για να προσαρμόσουμε το νυχτερινό μας πρόγραμμα καθώς ανακαλύπτονται νέοι στόχοι ευκαιρίας». Εικόνες από την έκρηξη του Nova V1674 Herculis
Επιστήμονες στο CHARA Array του Georgia State κατέγραψαν εικόνες του Nova V1674 Herculis — μιας από τις ταχύτερες αστρικές εκρήξεις που έχουν καταγραφεί ποτέ. Εικόνες του Nova V1674 Herculis ελήφθησαν 2,2 ημέρες (αριστερά) και 3,2 ημέρες (μέση) μετά την έκρηξη. Οι εικόνες αποκαλύπτουν τον σχηματισμό δύο διακριτών, κάθετων εκροών αερίου, όπως επισημαίνονται με τα πράσινα βέλη. Το πλαίσιο στα δεξιά δείχνει μια καλλιτεχνική εντύπωση της έκρηξης. Πίστωση: The CHARA Array
Η κατανόηση των εκρήξεων των αστερίων
Οι καινοβίδες συμβαίνουν όταν ένα συμπαγές αστρικό υπόλειμμα που ονομάζεται λευκός νάνος πυροδοτεί μια ανεξέλεγκτη πυρηνική αντίδραση αφού τραβήξει υλικό από ένα κοντινό συνοδό αστέρι. Μέχρι πρόσφατα, οι αστρονόμοι έπρεπε να βασίζονται σε έμμεσες ενδείξεις για να μελετήσουν τις πρώτες φάσεις αυτών των εκρήξεων, επειδή τα διαστελλόμενα συντρίμμια εμφανίζονταν μόνο ως ένα μόνο σημείο φωτός.
Η κατανόηση του πώς εκτοξεύεται αυτό το εκτιναγμένο υλικό και πώς συγκρούονται διαφορετικές ροές είναι το κλειδί για να εξηγηθεί πώς σχηματίζονται τα κρουστικά κύματα στους καινοβάτες. Τέτοια κρουστικά κύματα αποκαλύφθηκαν για πρώτη φορά από το Τηλεσκόπιο Μεγάλης Περιοχής Fermi (LAT) της NASA. Κατά τα πρώτα 15 χρόνια λειτουργίας του, το Fermi-LAT ανίχνευσε εκπομπή ακτίνων γάμμα GeV από περισσότερους από 20 νόβα, επιβεβαιώνοντας ότι αυτές οι εκρήξεις μπορούν να παράγουν ακτινοβολία υψηλής ενέργειας και καθιστώντας τους σημαντικούς στόχους για την αστρονομία πολλαπλών μηνυμάτων.
Μια ιστορία δύο νόβα
Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν σε δύο πολύ διαφορετικούς νόβα που ξέσπασαν το 2021. Ο πρώτος, ο Nova V1674 Herculis, ήταν ένας από τους ταχύτερους που παρατηρήθηκαν ποτέ, ανερχόμενος και εξασθενώντας σε λίγες μόνο ημέρες. Οι εικόνες έδειξαν δύο ξεχωριστά ρεύματα αερίου που ρέουν σε κάθετες κατευθύνσεις, υποδεικνύοντας ότι η έκρηξη περιελάμβανε πολλαπλές αλληλεπιδρώντες εκρήξεις. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτές οι δομές εμφανίστηκαν την ίδια στιγμή που το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Ακτίνων Γάμμα Fermi της NASA ανίχνευσε ακτίνες γάμμα, συνδέοντας άμεσα την εκπομπή υψηλής ενέργειας με συγκρούσεις μεταξύ των εκροών.
Το δεύτερο αντικείμενο, ο Nova V1405 Cassiopeiae, συμπεριφέρθηκε με πολύ διαφορετικό τρόπο. Εξελίχθηκε πολύ πιο αργά και, απροσδόκητα, διατήρησε τα εξωτερικά του στρώματα για περισσότερες από 50 ημέρες πριν τα απελευθερώσει. Αυτή η παρατήρηση παρέχει την πιο σαφή μέχρι στιγμής απόδειξη ότι ορισμένοι νόβα καθυστερούν την αποβολή υλικού. Όταν το αέριο τελικά εκτοξεύτηκε, σχηματίστηκαν νέα κρουστικά κύματα, παράγοντας για άλλη μια φορά ακτίνες γάμμα που παρατηρήθηκαν από το τηλεσκόπιο Fermi της NASA.
«Αυτές οι παρατηρήσεις μας επιτρέπουν να παρακολουθούμε μια αστρική έκρηξη σε πραγματικό χρόνο, κάτι που είναι πολύ περίπλοκο και εδώ και καιρό θεωρείται εξαιρετικά δύσκολο», δήλωσε ο Elias Aydi, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Texas Tech. «Αντί να βλέπουμε απλώς μια απλή λάμψη φωτός, τώρα αποκαλύπτουμε την πραγματική πολυπλοκότητα του πώς εκτυλίσσονται αυτές οι εκρήξεις. Είναι σαν να περνάμε από μια κοκκώδη ασπρόμαυρη φωτογραφία σε βίντεο υψηλής ευκρίνειας». Αποκαλύπτοντας Κρυμμένες Δομές
Ανάλυση των μικρολεπτομεριών
Η δυνατότητα ανάλυσης τέτοιων λεπτών λεπτομερειών προέρχεται από τη χρήση της συμβολομετρίας, της ίδιας τεχνικής που κατέστησε δυνατή την απεικόνιση της μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία μας. Αυτές οι ευκρινείς εικόνες συμπληρώθηκαν περαιτέρω από φάσματα από μεγάλα αστεροσκοπεία όπως το Gemini, τα οποία παρακολούθησαν τα εξελισσόμενα δακτυλικά αποτυπώματα του εκτοξευόμενου αερίου. Καθώς εμφανίζονταν νέα χαρακτηριστικά στα φάσματα, ευθυγραμμίζονταν με τις δομές που αποκαλύφθηκαν στις συμβολομετρικές εικόνες, παρέχοντας μια ισχυρή επιβεβαίωση ένα προς ένα για το πώς οι ροές διαμορφώνονταν και συγκρούονταν.
«Πρόκειται για ένα εξαιρετικό άλμα προς τα εμπρός», δήλωσε ο John Monnier, καθηγητής αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, συν-συγγραφέας της μελέτης και ειδικός στην συμβολομετρική απεικόνιση. «Το γεγονός ότι μπορούμε πλέον να παρακολουθούμε τα αστέρια να εκρήγνυνται και να βλέπουμε αμέσως τη δομή του υλικού που εκτοξεύεται στο διάστημα είναι αξιοσημείωτο. Ανοίγει ένα νέο παράθυρο σε μερικά από τα πιο δραματικά γεγονότα στο σύμπαν».
Επιπτώσεις για την Αστρική Φυσική
Τα αποτελέσματα όχι μόνο αποκαλύπτουν απροσδόκητη πολυπλοκότητα στους καινοφανείς αστέρες, αλλά βοηθούν επίσης στην εξήγηση των ισχυρών κρουστικών κυμάτων τους, τα οποία είναι γνωστό ότι παράγουν ακτινοβολία υψηλής ενέργειας, όπως οι ακτίνες γάμμα. Το τηλεσκόπιο Fermi της NASA ήταν το βασικό όργανο στην ανακάλυψη αυτής της σύνδεσης, καθιερώνοντας τους καινοφανείς ως φυσικά εργαστήρια για τη μελέτη της φυσικής των κρουστικών κυμάτων και της επιτάχυνσης των σωματιδίων.
«Οι καινοφανείς αστέρες είναι κάτι περισσότερο από πυροτεχνήματα στον γαλαξία μας - είναι εργαστήρια για ακραία φυσική», δήλωσε η καθηγήτρια Laura Chomiuk, συν-συγγραφέας από το Κρατικό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και ειδικός στις αστρικές εκρήξεις. «Βλέποντας πώς και πότε εκτοξεύεται το υλικό, μπορούμε επιτέλους να συνδέσουμε τις τελείες μεταξύ των πυρηνικών αντιδράσεων στην επιφάνεια του αστεριού, της γεωμετρίας του εκτοξευόμενου υλικού και της ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας που ανιχνεύουμε από το διάστημα».
Τα ευρήματα αμφισβητούν την μακροχρόνια άποψη ότι οι εκρήξεις καινοφανών άστρων είναι μεμονωμένα, παρορμητικά γεγονότα. Αντίθετα, υποδεικνύουν μια ποικιλία οδών εκτόξευσης, συμπεριλαμβανομένων πολλαπλών εκροών και καθυστερημένης απελευθέρωσης φακέλου, αναδιαμορφώνοντας την κατανόησή μας για αυτές τις κοσμικές εκρήξεις.
