Κοσμικοί αγγελιοφόροι

Η ικανότητα να βλέπουμε, να «ακούμε», ακόμη και να «γευόμαστε» ακραία αστροφυσικά φαινόμενα ανοίγει νέους ορίζοντες στην αστρονομία

Χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο «Swope», στο εικονιζόμενο αστεροσκοπείο στο Las Campanas της Χιλής, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να εντοπίσουν τον γαλαξία όπου έγινε η συγχώνευση των δύο αστέρων νετρονίων, στις 17 Αυγούστου 2017

Το πρωί της 17ης Αυγούστου του 2017, μια λάμψη στον ουρανό σηματοδότησε τη νέα εποχή στην οποία έμπαινε η αστρονομία. Η στιγμιαία έκρηξη ακτίνων γάμμα, που ανίχνευσε το διαστημικό τηλεσκόπιο «Φέρμι», προήλθε από τη συγχώνευση σε κάποιο μακρινό γαλαξία, δύο αστέρων νετρονίων (πολύ πυκνών ουράνιων σωμάτων που προκύπτουν όταν μεγάλα άστρα καταρρεύσουν και «πεθάνουν»). Αλλά η συγχώνευση δεν προκάλεσε μόνο εκπομπή ακτίνων γάμμα. Δευτερόλεπτα μετά την ανίχνευση από το «Φέρμι», όπως η βροντή μετά τον κεραυνό, κυματισμοί στο χωροχρόνο πέρασαν και ανιχνεύτηκαν με τη σειρά τους, μέσα από δύο ειδικές εγκαταστάσεις: Το παρατηρητήριο LIGO στις ΗΠΑ και το - ανάλογο με αυτό - Virgo στην Ιταλία. Αυτοί οι κυματισμοί είναι γνωστοί ως βαρυτικά κύματα και η ανίχνευσή τους είναι περισσότερο σαν να τους «ακούς», παρά να τους βλέπεις. Με βάση τους χρόνους άφιξης των κυμάτων και την ισχύ τους, οι αστρονόμοι εντόπισαν την πηγή τους σε ένα γαλαξία 130 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη.

Χρυσή συγχώνευση

Σύντομα, χιλιάδες επιστήμονες σε όλο τον κόσμο κινητοποιήθηκαν για να πραγματοποιήσουν μια συντονισμένη μελέτη των φαινομένων μετά τη συγχώνευση, καλύπτοντας ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, την περιοχή των συχνοτήτων από τις ακτίνες γάμμα, έως το ορατό φως και τα ραδιοκύματα. Η προσπάθεια άξιζε τον κόπο. Οι παρατηρήσεις αποκάλυψαν ότι η συγχώνευση είχε παράξει τεράστιες ποσότητες χημικών στοιχείων βαρύτερων από το σίδηρο, επιβεβαιώνοντας τη θεωρία ότι οι συγκρούσεις αστέρων νετρονίων είναι η κύρια πηγή σχηματισμού του χρυσού και άλλων πολύτιμων και μη πολύτιμων βαρέων μετάλλων στο σύμπαν. Καθώς θα ανιχνεύονται και θα μελετώνται περισσότερες τέτοιες συγχωνεύσεις, η συλλογική παρατήρησή τους θα μπορούσε να αποκαλύψει πολλά για το τι συμβαίνει στο εσωτερικό των αστέρων νετρονίων, σωμάτων σε μέγεθος μιας πόλης, αλλά τόσο πυκνών, που βρίσκονται στα πρόθυρα να καταρρεύσουν σε μαύρες τρύπες.

Καλλιτεχνική απεικόνιση του βίαιου φαινομένου της συγχώνευσης δύο αστέρων νετρονίων

Το αποτέλεσμα για την επιστήμη από την πρώτη συγχώνευση αστέρων νετρονίων που παρατηρήθηκε από τους αστρονόμους, αν και εντυπωσιακό, θα μπορούσε να είναι ακόμη μεγαλύτερο. Το παρατηρητήριο IceCube στην Ανταρκτική παρακολουθούσε για τυχόν εμφάνιση ροής νετρίνων, ως αποτέλεσμα της συγχώνευσης, αλλά δεν εντόπισε τίποτα, πιθανότατα επειδή αυτά τα σωματίδια εκπέμφθηκαν σε μορφή ακτίνας με κατεύθυνση, στην οποία δεν βρισκόταν η Γη. Αν η ανίχνευση φωτός και βαρυτικών κυμάτων από τη συγχώνευση μοιάζει με το να τη βλέπεις και να την ακούς, η ανίχνευση νετρίνων θα ήταν σα να τη «γεύεσαι».

«Τρελό» όνειρο

Οι ερευνητές ονομάζουν αυτή τη συντονισμένη προσέγγιση «πολυαγγελιοφόρα» αστρονομία, με αγγελιοφόρους την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, τα βαρυτικά κύματα και τα υποατομικά σωματίδια. Η πρώτη εφαρμογή της έγινε το 1987, όταν οι αστρονόμοι είδαν και «γεύτηκαν» νετρίνα από την έκρηξη υπερκαινοφανούς αστέρα (σουπερνόβα) σε έναν από τους μικρούς συνοδούς γαλαξίες του Γαλαξία μας. Ομως, δεν μπορούσαν να «στήσουν αυτί» και στα βαρυτικά κύματα, όπως μπορούν από πέρσι, χάρη στο LIGO και το Virgo. Η «πολυαγγελιοφόρα» αστρονομία είναι από πολλές πλευρές η πραγματοποίηση ενός από τα πιο ξέφρενα όνειρα των αστρονόμων, έστω και αν χρειάζεται την επεξεργασία ενός εφιαλτικού όγκου αστρονομικών δεδομένων προερχόμενων από πολλά διαφορετικά αστεροσκοπεία.
«Χρειάζεται να σκεφτούμε καλύτερα πώς το κάνουμε αυτό, επειδή ίσως σύντομα να παρατηρούμε φαινόμενα όπως αυτή η συγχώνευση μια φορά το μήνα, ή ακόμη και κάθε βδομάδα», λέει η Βίκυ Καλογερά, αστρονόμος του Πανεπιστημίου Νορθγουέστερν και διακεκριμένο μέλος της επιστημονικής ομάδας του LIGO. Ηδη το παρατηρητήριο IceCube πυροδότησε άλλη μια καμπάνια εκ των υστέρων πολυαγγελιοφόρας παρατήρησης, αυτή τη φορά για τη μελέτη της προέλευσης ενός υψηλής ενέργειας νετρίνου που ανιχνεύτηκε στις 22 Σεπτέμβρη του 2017. Αυτή η προσπάθεια τελικά εντόπισε την πηγή εκπομπής του νετρίνου στο δίσκο συντριμμιών που περιφέρεται γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο ενός γαλαξία, που απέχει περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός. Η ανακάλυψη αυτή ενισχύει την πιθανότητα τέτοιοι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες να είναι οι πηγές των υψηλότερης ενέργειας νετρίνων και κοσμικών ακτίνων που διατρέχουν το σύμπαν. Η πηγή των κοσμικών ακτίνων παραμένει ένα μυστήριο για την αστρονομία επί περισσότερο από έναν αιώνα.
Υπάρχουν ήδη αρκετά μικρότερα τηλεσκόπια που έχουν αναλάβει σε μόνιμη βάση να διερευνούν συναγερμούς από το LIGO, το Virgo και το IceCube. Αλλά οι δυνατότητές τους ωχριούν μπροστά σε εκείνες του πολυαναμενόμενου τηλεσκοπίου LSST, με κάτοπτρο διαμέτρου 8,4 μέτρων, που θα αρχίσει να παρατηρεί τον ουρανό για μια δεκαετία, αρχίζοντας από το 2022. Το LSST, εγκατεστημένο σε μια χιλιάνικη βουνοκορφή, θα είναι ο πανόπτης του ουρανού, καταγράφοντας συνολικά την εικόνα του σε λίγες μόλις νύχτες κάθε φορά και θα μπορεί να διερευνά με λεπτομέρεια το οπτικό μέρος φαινομένων, που θα ανιχνεύουν το LIGO, το Virgo και το IceCube.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»