Οι αστρονόμοι προσπαθούν εδώ και δεκαετίες να προσδιορίσουν την κοσμική προέλευση των βαρύτερων στοιχείων, όπως ο χρυσός. Τώρα, νέα έρευνα που βασίζεται σε ένα σήμα που εντοπίστηκε σε αρχειακά δεδομένα διαστημικής αποστολής ενδέχεται να προσφέρει ένα πιθανό στοιχείο: τους magnetars, δηλαδή εξαιρετικά μαγνητισμένους αστέρες νετρονίων.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα ελαφρύτερα στοιχεία, όπως το υδρογόνο και το ήλιο -και σε μικρότερο βαθμό το λίθιο- πιθανόν να υπήρχαν από πολύ νωρίς, λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη που δημιούργησε το σύμπαν πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.
Στη συνέχεια, τα εκρηκτικά φαινόμενα άστρων (σούπερ νόβα) απελευθέρωσαν βαρύτερα στοιχεία, όπως ο σίδηρος, τα οποία ενσωματώθηκαν σε νέα άστρα και πλανήτες. Ωστόσο, η διασπορά του χρυσού -ο οποίος είναι βαρύτερος από τον σίδηρο- στο σύμπαν παραμένει ένα άλυτο μυστήριο για τους αστροφυσικούς.
«Πρόκειται για ένα θεμελιώδες ερώτημα όσον αφορά την προέλευση της σύνθετης ύλης στο σύμπαν», δήλωσε ο Anirudh Patel, κύριος συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε την Τρίτη στην επιθεώρηση The Astrophysical Journal Letters και υποψήφιος διδάκτορας Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Columbia της Νέας Υόρκης. «Είναι ένα ενδιαφέρον παζλ που δεν έχει ακόμη λυθεί».
Μέχρι πρόσφατα, η κοσμική παραγωγή χρυσού είχε συνδεθεί αποκλειστικά με τις συγκρούσεις αστέρων νετρονίων.
Το 2017, οι αστρονόμοι παρατήρησαν μια τέτοια σύγκρουση. Η κατακλυσμική σύγκρουση απελευθέρωσε κυματισμούς στον χωροχρόνο, γνωστούς ως βαρυτικά κύματα, καθώς και φως από μια έκρηξη ακτίνων γάμμα. Το γεγονός αυτό, γνωστό ως κιλονόβα, δημιούργησε επίσης βαρέα στοιχεία, όπως χρυσό, πλατίνα και μόλυβδο. Οι κιλονόβες έχουν παρομοιαστεί με «εργοστάσια χρυσού» στο διάστημα.
Πιστεύεται ότι οι περισσότερες συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων συνέβησαν τα τελευταία λίγα δισεκατομμύρια χρόνια, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Eric Burns, επίκουρος καθηγητής και αστροφυσικός στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνα (Louisiana State University) στο Μπατόν Ρουζ.
Ωστόσο, δεδομένα από τηλεσκόπια της NASA και του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, ηλικίας 20 ετών και προηγουμένως ακατανόητα, υποδεικνύουν ότι οι εκλάμψεις από magnetars που σχηματίστηκαν πολύ νωρίτερα -κατά τη νεότητα του σύμπαντος- ενδέχεται να αποτελούν έναν εναλλακτικό μηχανισμό δημιουργίας χρυσού, σύμφωνα με τον Burns.
Αστρικοί σεισμοί
Οι αστέρες νετρονίων είναι τα απομεινάρια των πυρήνων εκρηγμένων άστρων και έχουν τόσο μεγάλη πυκνότητα, ώστε ένα κουταλάκι του γλυκού από την ύλη τους θα ζύγιζε 1 δισεκατομμύριο τόνους στη Γη. Οι magnetars είναι ένα εξαιρετικά φωτεινό είδος αστέρα νετρονίων με απίστευτα ισχυρό μαγνητικό πεδίο.
Οι αστρονόμοι ακόμη προσπαθούν να κατανοήσουν ακριβώς πώς σχηματίζονται οι magnetars, ωστόσο εκτιμούν ότι οι πρώτοι από αυτούς εμφανίστηκαν λίγο μετά τα πρώτα άστρα, περίπου 200 εκατομμύρια χρόνια από την αρχή του σύμπαντος, δηλαδή πριν περίπου 13,6 δισεκατομμύρια χρόνια, σύμφωνα με τον Burns.
Περιστασιακά, οι magnetars απελευθερώνουν τεράστιες ποσότητες ακτινοβολίας λόγω φαινομένων που αποκαλούνται αστρικοί σεισμοί (starquakes).
Στη Γη, οι σεισμοί προκαλούνται από την κίνηση του λιωμένου πυρήνα, η οποία μεταφέρει πίεση στον φλοιό της Γης, και όταν αυτή η πίεση φτάσει σε κρίσιμο σημείο, προκαλεί έντονη κίνηση, δηλαδή σεισμό. Οι αστρικοί σεισμοί λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο, εξήγησε ο Burns.
«Οι αστέρες νετρονίων έχουν φλοιό και έναν υπερρευστό πυρήνα», ανέφερε ο Burns σε μήνυμά του μέσω email. «Η κίνηση κάτω από την επιφάνεια συσσωρεύει τάση στον φλοιό, η οποία μπορεί τελικά να προκαλέσει έναν αστρικό σεισμό. Στους magnetars, αυτοί οι σεισμοί παράγουν πολύ σύντομες εκρήξεις ακτίνων Χ. Όπως και στη Γη, υπάρχουν περίοδοι κατά τις οποίες ένας συγκεκριμένος αστέρας είναι ιδιαίτερα ενεργός, παράγοντας εκατοντάδες ή και χιλιάδες εκλάμψεις μέσα σε λίγες εβδομάδες. Και αντίστοιχα, περιστασιακά συμβαίνει ένας ιδιαίτερα ισχυρός σεισμός».
Οι ερευνητές βρήκαν ενδείξεις που υποδηλώνουν ότι ένας magnetar εκτοξεύει ύλη κατά τη διάρκεια μιας γιγαντιαίας έκλαμψης, ωστόσο δεν διέθεταν φυσική εξήγηση για την εκτίναξη μάζας από τον αστέρα, δήλωσε ο Patel.
Σύμφωνα με πρόσφατη έρευνα αρκετών εκ των συγγραφέων της νέας μελέτης —συμπεριλαμβανομένου του επιβλέποντος καθηγητή του Patel, Brian Metzger, καθηγητή φυσικής στο Πανεπιστήμιο Columbia και ανώτερου ερευνητή στο Ινστιτούτο Flatiron στη Νέα Υόρκη— είναι πιθανό ότι οι εκλάμψεις θερμαίνουν και εκτοξεύουν την ύλη του φλοιού με υψηλές ταχύτητες.
«Υπέθεσαν ότι οι φυσικές συνθήκες αυτής της εκρηκτικής εκτίναξης μάζας ήταν ευνοϊκές για την παραγωγή βαρέων στοιχείων», δήλωσε ο Patel.
«Οι αστέρες νετρονίων διαθέτουν φλοιό και έναν υπερρευστό πυρήνα», δήλωσε ο Burns σε ηλεκτρονικό μήνυμα. «Η κίνηση κάτω από την επιφάνεια δημιουργεί συσσώρευση τάσης στον φλοιό, η οποία μπορεί τελικά να προκαλέσει έναν αστρικό σεισμό (starquake). Στους magnetars, αυτοί οι σεισμοί προκαλούν πολύ βραχύβιες εκλάμψεις ακτίνων Χ. Όπως και στη Γη, υπάρχουν περίοδοι κατά τις οποίες ένας συγκεκριμένος αστέρας είναι ιδιαίτερα ενεργός, παράγοντας εκατοντάδες ή και χιλιάδες εκλάμψεις μέσα σε λίγες εβδομάδες. Και αντίστοιχα, κατά διαστήματα σημειώνεται και κάποιος ιδιαίτερα ισχυρός σεισμός.»
Οι ερευνητές εντόπισαν ενδείξεις που υποδηλώνουν ότι ένας magnetar εκτοξεύει υλικό κατά τη διάρκεια μιας γιγαντιαίας έκλαμψης, ωστόσο δεν διέθεταν μια φυσική εξήγηση για την εκτίναξη της μάζας του άστρου, ανέφερε ο Patel.
Είναι πιθανό ότι οι εκλάμψεις θερμαίνουν και εκτοξεύουν υλικό από τον φλοιό του άστρου με υψηλές ταχύτητες, σύμφωνα με πρόσφατη έρευνα αρκετών εκ των συγγραφέων της νέας μελέτης, μεταξύ των οποίων και ο επιβλέπων του Patel, Brian Metzger, καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Columbia και ανώτερος ερευνητής στο Ινστιτούτο Flatiron της Νέας Υόρκης.
«Υπέθεσαν ότι οι φυσικές συνθήκες αυτής της εκρηκτικής εκτίναξης μάζας είναι ευνοϊκές για την παραγωγή βαρέων στοιχείων», δήλωσε ο Patel.
Ανιχνεύοντας ένα αστρικό σήμα
Η ερευνητική ομάδα αναρωτήθηκε εάν μπορεί να υπάρχει κάποια σύνδεση μεταξύ της ακτινοβολίας από τις εκλάμψεις μαmagnetars γνηταστερών και του σχηματισμού βαρέων στοιχείων. Οι επιστήμονες αναζήτησαν ενδείξεις σε μήκη κύματος ορατού και υπεριώδους φωτός. Ωστόσο, ο Burns διερωτήθηκε εάν μια τέτοια έκλαμψη θα μπορούσε επίσης να παράγει μια ανιχνεύσιμη ακτίνα γάμμα.
Εξέτασε δεδομένα ακτίνων γάμμα από την τελευταία καταγεγραμμένη γιγαντιαία έκλαμψη magnetar, η οποία συνέβη τον Δεκέμβριο του 2004 και καταγράφηκε από την —σήμερα παροπλισμένη— αποστολή INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory). Οι αστρονόμοι είχαν εντοπίσει και χαρακτηρίσει το σήμα, αλλά τότε δεν ήξεραν πώς να το ερμηνεύσουν, εξήγησε ο Burns.
Η πρόβλεψη του μοντέλου που είχε προταθεί από την προηγούμενη έρευνα του Metzger ταίριαζε στενά με το σήμα που καταγράφηκε στα δεδομένα του 2004. Η ακτίνα γάμμα έμοιαζε με αυτό που η ομάδα είχε προτείνει ότι θα αντιστοιχούσε στη δημιουργία και διασπορά βαρέων στοιχείων κατά τη διάρκεια μιας γιγαντιαίας έκλαμψης magnetar.
Δεδομένα από τις επίσης παροπλισμένες αποστολές RHESSI της NASA (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) και τον δορυφόρο Wind υποστήριξαν επίσης τα ευρήματα της ομάδας. Η μακροχρόνια, ομοσπονδιακά χρηματοδοτούμενη έρευνα επέτρεψε αυτή την ανακάλυψη, δήλωσε ο Burns.
«Όταν αρχικά καταρτίζαμε το μοντέλο μας και κάναμε τις προβλέψεις μας τον Δεκέμβριο του 2024, κανείς μας δεν γνώριζε ότι το σήμα υπήρχε ήδη στα δεδομένα. Και κανείς μας δεν μπορούσε να φανταστεί ότι τα θεωρητικά μας μοντέλα θα ταίριαζαν τόσο καλά με τα δεδομένα. Ήταν μια εξαιρετικά συναρπαστική εορταστική περίοδος για όλους μας», ανέφερε ο Patel. «Είναι φοβερό να σκέφτεται κανείς ότι κάποια από τα υλικά στο κινητό ή στο λάπτοπ μου δημιουργήθηκαν σε αυτή την ακραία έκρηξη μέσα στην πορεία της ιστορίας του γαλαξία μας».
Με πληροφορίες από CNN
