Einstein Probe: Κατέγραψε ένα εξαιρετικά ασύλληπτο ουράνιο ζεύγος

Ο δορυφόρος Einstein Probe κατέγραψε τη λάμψη ακτίνων Χ από ένα εξαιρετικά ασύλληπτο ουράνιο ζεύγος. Η ανακάλυψη ανοίγει έναν νέο τρόπο για τη διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν και εξελίσσονται τα μεγάλα αστέρια, επιβεβαιώνοντας τη μοναδική δύναμη της αποστολής να αποκαλύπτει φευγαλέες πηγές ακτίνων Χ στον ουρανό.

Το περίεργο ουράνιο ζευγάρι αποτελείται από ένα μεγάλο, καυτό αστέρι, πάνω από 10 φορές μεγαλύτερο από τον Ήλιο μας, και έναν μικρό συμπαγή λευκό νάνο, με μάζα παρόμοια με το δικό μας αστέρι. Μόνο ελάχιστα από αυτά τα συστήματα έχουν εντοπιστεί μέχρι στιγμής. Και αυτή είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρακολουθήσουν την ακτινοβολία ακτίνων Χ που προέρχεται από ένα τέτοιο περίεργο ζευγάρι από την αρχική ξαφνική έκρηξη μέχρι την εξασθένισή του.

Στις 27 Μαΐου 2024, το τηλεσκόπιο ακτίνων-Χ ευρέος πεδίου (WXT) του Einstein Probe εντόπισε ακτίνες-Χ που προέρχονταν από το εσωτερικό του γειτονικού μας γαλαξία, το Μικρό Νέφος του Μαγγελάνου (SMC). Για να αποκαλύψουν την προέλευση αυτού του νέου ουράνιου φάρου, που ονομάστηκε EP J0052, οι επιστήμονες έστρεψαν το Τηλεσκόπιο Ακτίνων Χ παρακολούθησης του Einstein Probes προς αυτή την κατεύθυνση.

Οι παρατηρήσεις του WXT ενεργοποίησαν επίσης τα τηλεσκόπια ακτίνων-Χ Swift και NICER της NASA να στρέψουν το βλέμμα τους προς το νεοανακαλυφθέν αντικείμενο. Το XMM-Newton του ESA ακολούθησε 18 ημέρες μετά την ενεργοποίηση.

«Κυνηγούσαμε φευγαλέες πηγές, όταν συναντήσαμε αυτό το νέο σημείο φωτός ακτίνων Χ στο SMC. Συνειδητοποιήσαμε ότι βλέπαμε κάτι ασυνήθιστο, που μόνο το Einstein Probe μπορούσε να πιάσει», λέει ο Alessio Marino, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ινστιτούτο Διαστημικών Επιστημών (ICE-CSIC) της Ισπανίας και κύριος συγγραφέας της νέας μελέτης. «Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, μεταξύ των σημερινών τηλεσκοπίων που παρακολουθούν τον ουρανό των ακτίνων Χ, το WXT είναι το μόνο που μπορεί να δει ακτίνες Χ χαμηλότερης ενέργειας με επαρκή ευαισθησία ώστε να συλλάβει τη νέα πηγή».

Αρχικά, οι επιστήμονες σκέφτηκαν ότι το EP J0052 θα μπορούσε να είναι ένας γνωστός τύπος διπλού συστήματος που ακτινοβολεί στις ακτίνες Χ. Αυτά τα ζεύγη αποτελούνται από ένα αστέρι νετρονίων που καταβροχθίζει υλικό από ένα συνοδό αστέρα μεγάλης μάζας. Ωστόσο, υπήρχε κάτι στα δεδομένα που έλεγε μια διαφορετική ιστορία...

Χάρη στο Einstein Probe που κατέγραψε τη νέα πηγή από την αρχική της λάμψη, οι επιστήμονες μπόρεσαν να αναλύσουν παρτίδες δεδομένων από διαφορετικά όργανα. Εξέτασαν τον τρόπο με τον οποίο το φως μεταβαλλόταν σε μια σειρά από μήκη κύματος των ακτίνων Χ, σε διάστημα έξι ημερών, και ξεχώρισαν μερικά από τα στοιχεία που υπήρχαν στο υλικό της έκρηξης, όπως άζωτο, οξυγόνο και νέον. Η ανάλυση έδωσε κρίσιμα στοιχεία.

«Σύντομα καταλάβαμε ότι είχαμε να κάνουμε με μια σπάνια ανακάλυψη ενός πολύ ασύλληπτου ουράνιου ζεύγους» εξηγεί ο Alessio. «Το ασυνήθιστο δίδυμο αποτελείται από ένα ογκώδες άστρο που ονομάζουμε άστρο Be, με βάρος 12 φορές μεγαλύτερο από τον Ήλιο, και ένα αστρικό «πτώμα» γνωστό ως λευκός νάνος, ένα συμπαγές και υπερπυκνό αντικείμενο, με μάζα παρόμοια με εκείνη του άστρου μας».

Τα δύο άστρα περιφέρονται στενά το ένα γύρω από το άλλο και το έντονο βαρυτικό πεδίο του λευκού νάνου έλκει ύλη από τον σύντροφό του. Καθώς όλο και περισσότερη ύλη (κυρίως υδρογόνο) πέφτει βροχή στο συμπαγές αντικείμενο, η ισχυρή βαρύτητά του το συμπιέζει, μέχρι να ξεκινήσει μια ανεξέλεγκτη πυρηνική έκρηξη. Αυτό δημιουργεί μια λαμπρή λάμψη φωτός σε ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος από το ορατό φως έως τις υπεριώδεις και τις ακτίνες Χ.

Εκ πρώτης όψεως, η ύπαρξη αυτού του διδύμου προκαλεί αμηχανία. Τα μαζικά αστέρια τύπου Be καίνε γρήγορα το απόθεμα των πυρηνικών τους καυσίμων. Η ζωή τους είναι έντονη και σύντομη, διαρκεί περίπου 20 εκατομμύρια χρόνια. Ο σύντροφός τους είναι (συνήθως) το καταρρέον απομεινάρι ενός άστρου παρόμοιου με τον Ήλιο μας, το οποίο απομονωμένο θα ζούσε για αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια.

Δεδομένου ότι τα διπλά αστέρια συνήθως σχηματίζονται μαζί, πώς είναι δυνατόν το υποτιθέμενο βραχύβιο αστέρι να λάμπει ακόμα, ενώ το υποτιθέμενο μακρόβιο έχει ήδη πεθάνει; Υπάρχει μια εξήγηση. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το ζευγάρι ξεκίνησε μαζί, ως ένα καλύτερα ταιριαστό δυαδικό ζεύγος αποτελούμενο από δύο αρκετά μεγάλα αστέρια, έξι και οκτώ φορές μεγαλύτερης μάζας από τον Ήλιο μας.

Το μεγαλύτερο αστέρι εξάντλησε νωρίτερα τα πυρηνικά του καύσιμα και άρχισε να διαστέλλεται, αποβάλλοντας ύλη στο σύντροφό του. Πρώτα, το αέριο στα φουσκωμένα εξωτερικά του στρώματα τραβήχτηκε από τον σύντροφο- στη συνέχεια, τα εναπομείναντα εξωτερικά του κελύφη εκτοξεύτηκαν, σχηματίζοντας ένα περίβλημα γύρω από τα δύο άστρα, το οποίο αργότερα έγινε δίσκος και τελικά διαλύθηκε.

Μέχρι το τέλος αυτού του δράματος, ο συνοδός αστέρας είχε γίνει 12 φορές μεγαλύτερος από τη μάζα του Ήλιου, ενώ ο υπερτροφικός πυρήνας του άλλου αστέρα είχε καταρρεύσει και είχε γίνει ένας λευκός νάνος με μάζα λίγο μεγαλύτερη από μία ηλιακή μάζα. Τώρα, είναι η σειρά του λευκού νάνου να κλέψει και να καταβροχθίσει υλικό από τα εξωτερικά στρώματα του αστέρα Be.

«Η μελέτη αυτή μας δίνει νέες πληροφορίες για μια σπάνια παρατηρούμενη φάση της αστρικής εξέλιξης, η οποία είναι το αποτέλεσμα μιας πολύπλοκης ανταλλαγής υλικού που πρέπει να συνέβη μεταξύ των δύο άστρων», παρατηρεί η Ashley Chrimes, ερευνήτρια και αστρονόμος ακτίνων-Χ στον ESA. «Είναι συναρπαστικό να βλέπουμε πώς ένα αλληλεπιδρών ζεύγος ογκωδών άστρων μπορεί να παράγει ένα τόσο ενδιαφέρον αποτέλεσμα».

Η επόμενη παρατήρηση της αποστολής XMM-Newton του ESA προς την κατεύθυνση του EP J0052, 18 ημέρες μετά την πρώτη ματιά του Einstein Probe, δεν είδε πλέον το σήμα. Αυτό θέτει ένα όριο στη διάρκεια της έκλαμψης, δείχνοντας ότι ήταν σχετικά σύντομη.

Η διάρκεια της σύντομης έκλαμψης και η παρουσία νέοντος και οξυγόνου, υποδηλώνουν έναν μάλλον βαρύ τύπο λευκού νάνου, πιθανότατα 20% μεγαλύτερης μάζας από τον Ήλιο. Η μάζα του είναι κοντά στο επίπεδο, που ονομάζεται όριο Chandrasekhar, πάνω από το οποίο το άστρο θα συνέχιζε να καταρρέει, και θα γινόταν ένας ακόμη πυκνότερος αστέρας νετρονίων, ή θα εκρήγνυται ως υπερκαινοφανής.

«Οι εκρήξεις από ένα δίδυμο λευκών νάνων Be ήταν εξαιρετικά δύσκολο να συλληφθούν, καθώς παρατηρούνται καλύτερα με ακτίνες Χ χαμηλής ενέργειας. Η έλευση του Einstein Probe προσφέρει τη μοναδική ευκαιρία να εντοπίσουμε αυτές τις φευγαλέες πηγές και να ελέγξουμε την κατανόησή μας για το πώς εξελίσσονται τα μεγάλα αστέρια», παρατηρεί ο Erik Kuulkers, επιστήμονας του ESA για το Einstein Probe. «Αυτή η ανακάλυψη αναδεικνύει τις δυνατότητες αυτής της αποστολής που αλλάζουν τα δεδομένα».

[via]