Κοσμολογία: Ακόμα πιο σίγουροι για την προέλευση των πιο ενεργητικών σωματιδίων στο Σύμπαν

Η κοσμική ακτινοβολία λούζει το Ηλιακό μας Σύστημα, και επομένως και τον πλανήτη μας, από τη στιγμή που σχηματίστηκε από ένα γιγαντιαίο νέφος αερίων και σκόνης πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Στο μεγαλύτερο μέρος της ιστορίας μας δεν είχαμε επίγνωση της ύπαρξής της, οπότε για να βρούμε τον πρώτο επιστήμονα που μας είπε για την παρουσία μιας μορφής ακτινοβολίας που πρέπει να προέρχεται από το Διάστημα πρέπει να πάμε πίσω στο 1912.

Ο Αυστριακός φυσικός Victor Franz Hess ήταν ο πρώτος που εντόπισε την προέλευση μιας μορφής ακτινοβολίας της οποίας η ένταση αυξάνεται με το υψόμετρο και η αφθονία της μεταβάλλεται με το γεωγραφικό πλάτος. Για να πραγματοποιήσει τα πειράματά του χρησιμοποίησε αερόστατα-ανιχνευτές, στο εσωτερικό των οποίων εισήγαγε συσκευές μέτρησης σχεδιασμένες ειδικά για τη μέτρηση της ακτινοβολίας που υπήρχε στην ατμόσφαιρα.

Τα πολύτιμα επιστημονικά ευρήματά του ανταμείφθηκαν με πολλά βραβεία, μεταξύ των οποίων και το βραβείο Νόμπελ Φυσικής, το οποίο μοιράστηκε με τον Αμερικανό φυσικό Carl David Anderson το 1936. Πολλοί άλλοι επιστήμονες συνέχισαν την έρευνα του Hess και χάρη σε όλους αυτούς σήμερα γνωρίζουμε λίγο καλύτερα μια μορφή ακτινοβολίας που μεταφέρει στον πλανήτη μας πολύ πολύτιμες πληροφορίες για το Σύμπαν στο οποίο ανήκουμε.

Η κοσμική ακτινοβολία αποτελείται από ιονισμένους ατομικούς πυρήνες υψηλής ενέργειας που κινούνται στο Διάστημα με ταχύτητα πολύ κοντά σε εκείνη του φωτός (η οποία είναι περίπου 300.000 km/s). Το γεγονός ότι είναι ιονισμένοι υποδηλώνει ότι έχουν αποκτήσει ηλεκτρικό φορτίο επειδή τους έχουν αφαιρεθεί τα ηλεκτρόνιά τους, αλλά αυτοί οι ατομικοί πυρήνες είναι φτιαγμένοι από την ίδια ύλη που αποτελεί εμάς και ό,τι μας περιβάλλει, ιδιότητα που αποκαλύπτει σε κάποιο βαθμό την προέλευσή τους.

Ένα από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά της κοσμικής ακτινοβολίας είναι η ουσιαστικά τέλεια ισοτροπία της. Η παράμετρος αυτή αντανακλά ότι οι ακτίνες φθάνουν από όλες τις κατευθύνσεις με την ίδια συχνότητα, γεγονός που υποδηλώνει ότι πρέπει να συνυπάρχουν ταυτόχρονα πολυάριθμες πηγές ικανές να τις παράγουν. Και αυτό μας καλεί να θέσουμε στον εαυτό μας ένα ακόμη ερώτημα: από πού προέρχεται η κοσμική ακτινοβολία;

Ένα σημαντικό μέρος της ακτινοβολίας που διαπερνά την ατμόσφαιρα του πλανήτη μας προέρχεται από τον Ήλιο, ο οποίος, όπως όλοι γνωρίζουμε, είναι το κοντινότερο άστρο. Ωστόσο, δεν είναι σε καμία περίπτωση η μόνη πηγή εξωτερικής ακτινοβολίας που φτάνει στη Γη. Μεγάλο μέρος της κοσμικής ακτινοβολίας που δεχόμαστε προέρχεται από το εξωτερικό του Ηλιακού μας Συστήματος, από άλλα αστέρια, και ταξιδεύουν στο Διάστημα με τεράστια ενέργεια μέχρι να προσκρούσουν στα άτομα που υπάρχουν στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας του πλανήτη μας.

Αυτό που οι αστροφυσικοί δεν γνώριζαν με βεβαιότητα μέχρι πολύ πρόσφατα ήταν η φύση της πηγής από την οποία προέρχονται τα πιο ενεργητικά σωματίδια που μπορούμε να βρούμε στο Σύμπαν. Όμως ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης δημοσίευσαν μια επιστημονική μελέτη στο περιοδικό Physical Review Letters στην οποία υποστηρίζουν ότι αυτή η μορφή ακτινοβολίας προέρχεται με μεγάλη πιθανότητα από τα κιλονοβα (kilonovae), οι οποίοι δεν είναι τίποτε άλλο από τη σύγκρουση και τη σύντηξη δύο αστέρων νετρονίων για να οδηγήσουν στο σχηματισμό μιας μαύρης τρύπας.

«Μετά από έξι δεκαετίες προσπαθειών, έχουμε πιθανότατα εντοπίσει την προέλευση των μυστηριωδών σωματιδίων με τη μεγαλύτερη ενέργεια στο Σύμπαν. Η ανακάλυψη αυτή παρέχει ένα νέο εργαλείο για την κατανόηση των πιο επιθετικών γεγονότων στο Σύμπαν: τη σύντηξη δύο αστέρων νετρονίων για το σχηματισμό μιας μαύρης τρύπας, τη διαδικασία που είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία πολλών πολύτιμων και εξωτικών στοιχείων, όπως ο χρυσός, η πλατίνα, το ουράνιο, το ιώδιο ή το ξένον», λέει ο Glennys R. Farrar, καθηγητής φυσικής και ένας από τους ανθρώπους που υπογράφουν τη μελέτη.

Τα αστέρια νετρονίων δεν είναι πάντα μοναχικά. Μερικές φορές ένα από αυτά αποτελεί μέρος ενός δυαδικού συστήματος μαζί με ένα «ζωντανό» αστέρι, και αν υπάρχουν οι κατάλληλες συνθήκες, το τελευταίο μπορεί επίσης να καταλήξει να μετατραπεί σε αστέρα νετρονίων. Σε αυτό το σενάριο, το δυαδικό σύστημα καταλήγει να αποτελείται από δύο αστέρια νετρονίων που περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο. Καθώς περνάει ο καιρός, χάνουν γωνιακή ορμή, με αποτέλεσμα οι τροχιές τους να σαρκώνονται και να πλησιάζουν όλο και περισσότερο. Και όταν πλησιάσουν αρκετά, η βαρύτητα παίρνει τον έλεγχο και οι δύο αστέρες νετρονίων είναι καταδικασμένοι να συγκρουστούν.

Η κύρια συμβολή του Farrar και των ερευνητών συναδέλφων του είναι η υπεράσπιση της ύπαρξης μιας πολύ στενής σχέσης μεταξύ της ενέργειας των πιο έντονων κοσμικών ακτίνων και του ηλεκτρικού φορτίου τους. Τα συμπεράσματά τους πρέπει να επικυρωθούν πειραματικά, αλλά αποτελούν κάτι φρέσκο σε έναν τομέα όπου δεν είναι καθόλου εύκολο να αναπτυχθούν νέες γνώσεις.

[via]