Το τηλεσκόπιο Fermi της NASA φαίνεται πως εντόπισε επιτέλους τον μαγνητικό «κινητήρα» πίσω από τις πιο φωτεινές υπερνόβες του σύμπαντος.
Διεθνής ομάδα αστρονόμων, αναλύοντας παρατηρήσεις από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Ακτίνων Γάμμα Fermi της NASA, ανακοίνωσε την πρώτη πειστική ανίχνευση ακτίνων γάμμα από μια σπάνια και εξαιρετικά φωτεινή αστρική έκρηξη, γνωστή ως υπερλαμπρή υπερνόβα.
Τα ευρήματα δείχνουν ότι την έκρηξη τροφοδότησε ένας νεογέννητος μαγνήταρ, ένα άστρο νετρονίων με ακραία ισχυρό μαγνητικό πεδίο που σχηματίστηκε κατά την κατάρρευση ενός πολύ μεγάλου άστρου. Η ανακάλυψη προσφέρει νέα στοιχεία για ορισμένες από τις πιο ενεργητικές εκρήξεις στο σύμπαν.
Η αποστολή Fermi είναι μέρος ενός «στόλου» παρατηρητηρίων που παρακολουθούν τις μεταβολές στο σύμπαν, βοηθώντας τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα την εξέλιξή του.
«Επί σχεδόν 20 χρόνια, οι αστρονόμοι αναζητούν στα δεδομένα του Fermi σήματα ακτίνων γάμμα από χιλιάδες υπερνόβες και, παρότι είχαν αναφερθεί ορισμένες ενδιαφέρουσες ενδείξεις, καμία δεν ήταν οριστική μέχρι τώρα», δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Fabio Acero, από το Γαλλικό Εθνικό Κέντρο Επιστημονικής Έρευνας (CNRS) και το Πανεπιστήμιο Paris-Saclay.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Astronomy & Astrophysics.
Οι υπερνόβες βαρυτικής κατάρρευσης συμβαίνουν όταν ένα άστρο, πολλαπλάσιο του Ήλιου, εξαντλήσει το καύσιμο που το στηρίζει. Χωρίς αυτήν την πηγή ενέργειας, ο πυρήνας καταρρέει υπό το βάρος της βαρύτητας και προκαλείται ισχυρή έκρηξη.
Η κατάρρευση μπορεί να αφήσει πίσω της είτε ένα άστρο νετρονίων, περίπου στο μέγεθος μιας πόλης, είτε μια ακόμη πιο συμπαγή μαύρη τρύπα. Ταυτόχρονα, ένα ισχυρό ωστικό κύμα εκτινάσσει τα εξωτερικά στρώματα του άστρου στο διάστημα, δημιουργώντας ένα ταχέως διαστελλόμενο νέφος καυτού, ιονισμένου αερίου.
Τα τελευταία 20 χρόνια, οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει σχεδόν 400 ασυνήθιστα φωτεινά παραδείγματα αυτών των εκρήξεων. Οι λεγόμενες υπερλαμπρές υπερνόβες μπορεί να λάμπουν στο ορατό φως πάνω από δέκα φορές περισσότερο από τις τυπικές υπερνόβες.
Το 2024, μελέτη υπό την καθοδήγηση του Li Shang από το Πανεπιστήμιο Anhui στη Hefei της Κίνας πρότεινε ότι το Large Area Telescope του Fermi ενδέχεται να ανίχνευσε ακτίνες γάμμα από μία τέτοια εξαιρετική έκρηξη, χρόνια μετά το συμβάν.
Το γεγονός αυτό, με την ονομασία SN 2017egm, σημειώθηκε στον γαλαξία NGC 3191, σε απόσταση περίπου 440 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, στον αστερισμό της Μεγάλης Άρκτου. Παρά τη μεγάλη απόσταση, παραμένει μία από τις πλησιέστερες υπερλαμπρές υπερνόβες που έχουν ποτέ παρατηρηθεί.
«Αναζητήσαμε ακτίνες γάμμα από τις έξι πλησιέστερες υπερλαμπρές υπερνόβες που καταγράφηκαν στα πρώτα 16 χρόνια της αποστολής Fermi», είπε ο Guillem Martí-Devesa, ερευνητής που βρισκόταν στο Πανεπιστήμιο της Τεργέστης στην Ιταλία και είναι σήμερα υπότροφος στο Institute of Space Sciences στη Βαρκελώνη της Ισπανίας. «Μόνο η SN 2017egm δείχνει ενδείξεις για ακτίνες γάμμα, επιβεβαιώνοντας τις προγενέστερες υπόνοιες ότι ορισμένες υπερνόβες μπορεί να είναι τόσο φωτεινές στις ακτίνες γάμμα όσο και στο ορατό φως. Αυτό ανοίγει ένα νέο παράθυρο για τη μελέτη αυτών των συναρπαστικών γεγονότων».
Οι επιστήμονες συζητούν εδώ και χρόνια ποια πηγή τροφοδοτεί την τεράστια ενέργεια των υπερλαμπρών υπερνόβων. Μια επικρατέστερη εξήγηση αφορά τη γέννηση ενός μαγνήταρ, ενός άστρου νετρονίων με τα ισχυρότερα γνωστά μαγνητικά πεδία στη φύση.
Τα πεδία αυτά μπορεί να είναι έως και 1.000 φορές ισχυρότερα από εκείνα των συνήθων άστρων νετρονίων, φθάνοντας περίπου 10 τρισεκατομμύρια φορές την ισχύ ενός μαγνήτη ψυγείου.
Για να το διερευνήσουν, οι ερευνητές πραγματοποίησαν λεπτομερή ανάλυση των οπτικών και των ακτίνων γάμμα παρατηρήσεων της SN 2017egm. Σύγκριναν τα δεδομένα με διάφορα θεωρητικά μοντέλα που επιχειρούν να εξηγήσουν τη συμπεριφορά της έκρηξης.
Ένα από τα μοντέλα, που ανέπτυξαν οι συν-συγγραφείς Indrek Vurm του Πανεπιστημίου του Tartu στην Εσθονία και Brian Metzger του Πανεπιστημίου Columbia στη Νέα Υόρκη, προσομοιώνει το πώς τα σωματίδια και η ακτινοβολία από έναν νεογέννητο μαγνήταρ αλληλεπιδρούν με το διαστελλόμενο υλικό που εκτινάσσει η υπερνόβα.
Οι επιστήμονες αναμένουν ότι οι νεογέννητοι μαγνήταρες περιστρέφονται εξαιρετικά γρήγορα, ολοκληρώνοντας εκατοντάδες περιστροφές το δευτερόλεπτο. Αυτή η ταχεία περιστροφή παράγει μια ισχυρή ροή ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων, των αντισωματιδίων των ηλεκτρονίων.
Τα σωματίδια αυτά δημιουργούν μια εκτεταμένη περιοχή γνωστή ως νεφέλωμα ανέμου μαγνήταρ, γεμάτη με υψηλής ενέργειας σωματίδια.
Μέσα σε αυτό το περιβάλλον, πολλαπλές αλληλεπιδράσεις μπορούν να δημιουργούν και να απορροφούν ακτίνες γάμμα. Για παράδειγμα, ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο μπορούν να αλληλοεξουδετερωθούν και να παράγουν φωτόνια ακτίνων γάμμα. Οι ακτίνες γάμμα μπορούν επίσης να συγκρουστούν και να δημιουργήσουν νέα ζεύγη σωματιδίων.
Καθώς αυτές οι διεργασίες συνεχίζονται, οι ακτίνες γάμμα παγιδεύονται μέσα στα διαστελλόμενα υπολείμματα της υπερνόβα. Αντί να δραπετεύσουν αμέσως, μεγάλο μέρος της ενέργειάς τους μετατρέπεται σε ορατό φως χαμηλότερης ενέργειας. Αυτή η διαδικασία βοηθά να εξηγηθεί γιατί οι υπερλαμπρές υπερνόβες λάμπουν τόσο έντονα.
«Περίπου τρεις μήνες μετά την κατάρρευση, καθώς τα υπολείμματα της υπερνόβα διαστέλλονται και ψύχονται, οι ακτίνες γάμμα μπορούν να αρχίσουν να διαφεύγουν», είπε ο Acero. «Αυτό το μοντέλο του μαγνήταρ αναπαράγει καλύτερα τη φωτεινότητα της υπερνόβα και τον χρόνο άφιξης των ακτίνων γάμμα κατά τους πρώτους μήνες, αλλά βλέπουμε περιθώρια βελτίωσης σε μεταγενέστερους χρόνους, όταν το ορατό φως εξασθενεί αρκετά ακανόνιστα».
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι και άλλες διεργασίες πιθανότατα συνέβαλαν στη συμπεριφορά της υπερνόβα όσο σταδιακά έσβηνε.
Πιθανοί παράγοντες περιλαμβάνουν υλικό που πέφτει ξανά πάνω στον μαγνήταρ και αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στο διαστελλόμενο κύμα έκρηξης και την ύλη που είχε αποβληθεί από το άστρο στους αιώνες πριν από την τελική κατάρρευση.
Η ομάδα εξέτασε επίσης κατά πόσο μελλοντικές υποδομές θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν παρόμοια γεγονότα. Η ανάλυση υποδεικνύει ότι το νέο επίγειο Παρατηρητήριο Cerenkov Telescope Array θα μπορούσε να εντοπίσει μια υπερνόβα όπως η SN 2017egm από απόσταση έως περίπου 500 εκατομμύρια έτη φωτός με περίπου 50 ώρες παρατηρήσεων.
Οι επιστήμονες αναμένουν ότι ο συνδυασμός παρατηρήσεων από εγκαταστάσεις όπως το Cerenkov Telescope Array Observatory με δεδομένα από τα διαστημικά τηλεσκόπια της NASA θα βελτιώσει σημαντικά την κατανόηση αυτών των εξαιρετικών εκρήξεων.
«Ο μηχανισμός του κεντρικού κινητήρα μαγνήταρ που συζητείται σε αυτήν την εργασία βασίζεται σε πολλές παρατηρησιακές και θεωρητικές προόδους στους μαγνήταρες τα τελευταία 20 χρόνια», δήλωσε η Judy Racusin, αναπληρώτρια επιστημονική υπεύθυνη της αποστολής Fermi στο Goddard Space Flight Center της NASA στο Greenbelt, Maryland. «Η παρατήρηση ακτίνων γάμμα από υπερνόβες θα μας δώσει έναν νέο τρόπο να εξερευνήσουμε τα εσωτερικά τους».
Reference: “Gamma-ray signature of superluminous supernovae: Fermi -LAT GeV detection of SN 2017egm and evidence of a central engine” by F. Acero, A. Acharyya, A. Adelfio, M. Ajello, E. Aviano, L. Baldini, J. Ballet, C. Bartolini, D. Bastieri, J. Becerra Gonzalez, R. Bellazzini, E. Bissaldi, R. Bonino, P. Bruel, S. Buson, R. A. Cameron, P. A. Caraveo, F. Casaburo, F. Casini, E. Cavazzuti, C. C. Cheung, N. Cibrario, G. Cozzolongo, P. Cristarella Orestano, F. Cuna, S. Cutini, F. D’Ammando, D. Depalo, S. W. Digel, N. Di Lalla, A. Dinesh, L. Di Venere, P. Fauverge, A. Fiori, A. Franckowiak, Y. Fukazawa, S. Funk, P. Fusco, F. Gargano, C. Gasbarra, D. Gasparrini, S. Germani, F. Giacchino, N. Giglietto, M. Giliberti, F. Giordano, M. Giroletti, I. A. Grenier, M.-H. Grondin, S. Guiriec, R. Gupta, E. Hays, J. W. Hewitt, A. Holzmann Airasca, D. Horan, X. Hou, T. Kayanoki, M. Kerr, M. Kuss, A. Laviron, M. Lemoine-Goumard, A. Liguori, J. Li, I. Liodakis, P. Loizzo, F. Longo, F. Loparco, S. López Pérez, L. Lorusso, M. N. Lovellette, P. Lubrano, S. Maldera, A. Manfreda, G. Martí-Devesa, R. Martinelli, M. N. Mazziotta, M. Michailidis, P. F. Michelson, N. Mirabal, T. Mizuno, P. Monti-Guarnieri, M. E. Monzani, A. Morselli, I. V. Moskalenko, M. Negro, N. Omodei, M. Orienti, E. Orlando, G. Panzarini, M. Persic, M. Pesce-Rollins, R. Pillera, T. A. Porter, G. Principe, S. Rainò, R. Rando, B. Rani, M. Razzano, A. Reimer, O. Reimer, M. Sánchez-Conde, P. M. Saz Parkinson, D. Serini, C. Sgrò, E. J. Siskind, G. Spandre, P. Spinelli, D. J. Suson, H. Tajima, D. J. Thompson, D. F. Torres, Z. Wadiasingh, K. Wood, G. Zaharijas, W. Zhang, E. Chatzopoulos, B. D. Metzger, P. J. Pessi and I. Vurm, 20 May 2026, Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202558547
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
