Πηγή κοσμικών ακτίνων ο διπλός αστέρας ήτα Τρόπιδος

Το όμορφο νεφέλωμα του διπλού αστέρα ήτα Τρόπιδος (στην περιοχή συνένωσης των δύο λοβών)

Σύμφωνα με μελέτη βασισμένη σε δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο NuSTAR της NASA, ο αστέρας ήτα Τρόπιδος (Eta Carinae), το πιο φωτεινό και μεγαλύτερης μάζας αστρικό ζεύγος σε ακτίνα 10.000 ετών φωτός από τη Γη, επιταχύνει σωματίδια σε υψηλές ενέργειες, μερικά από τα οποία μπορεί να φτάνουν στον πλανήτη μας με τη μορφή κοσμικών ακτίνων.
Οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι κοσμικές ακτίνες με ενέργειες μεγαλύτερες του ενός δισεκατομμυρίου ηλεκτρονιοβόλτ (eV) προέρχονται από πηγές εκτός του ηλιακού μας συστήματος. Ομως, επειδή τα σωματίδια αυτών των ακτίνων (ηλεκτρόνια, πρωτόνια, πυρήνες ατόμων) φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, αποκλίνουν όταν συναντούν μαγνητικά πεδία (όπως το γήινο), με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατό να εντοπιστεί η πηγή τους. Επιπλέον, όταν μια κοσμική ακτίνα μπει στη γήινη ατμόσφαιρα πραγματοποιεί ένα ζιγκ-ζαγκ λόγω της αλληλεπίδρασης με τα μόρια του αέρα.
Ο μεταβλητός αστέρας ήτα Τρόπιδος, βρίσκεται 7.500 έτη φωτός μακριά και είναι γνωστός στους αστρονόμους από τη σύντομη έκλαμψή του το 19ο αιώνα, που τον έκανε να γίνει προσωρινά ο δεύτερος πιο φωτεινός αστέρας στον ουρανό. Αυτό το περιστατικό, η αιτία του οποίου παραμένει ασαφής, είχε ως αποτέλεσμα να σκορπιστεί γύρω του αστρικό υλικό με τη μορφή νεφελώματος σχήματος κλεψύδρας. Ο ήτα Τρόπιδος είναι στην πραγματικότητα διπλός αστέρας, αποτελούμενος από δύο υπέρλαμπρα τεράστια άστρα (το ένα έχει 90 ηλιακές μάζες και το άλλο 30), που περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο. Η μικρότερη απόσταση που φτάνουν μεταξύ τους είναι περίπου όση η μέση απόσταση Ηλιου και Αρη, δηλαδή πολύ μικρή σε αστρονομική κλίμακα.

Ο ήτα Τρόπιδος εκπέμπει μεγάλες ποσότητες ακτίνων Χ, όπως καταγράφεται σε αυτήν την εικόνα από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων Χ, Chandra. Η πηγή τους είναι ξεκάθαρα ο ήτα Τρόπιδος. Με τις πράσινες γραμμές φαίνονται τα ωστικά κύματα στην περιοχή σύγκρουσης των αστρικών ανέμων των δύο άστρων, που επιταχύνουν υποατομικά σωματίδια σε ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός

Λόγω της λαμπρότητάς τους και τα δύο άστρα γίνονται πηγές ισχυρότατων αστρικών ανέμων, οι οποίοι συγκρούονται μεταξύ τους σε ένα διαρκώς μεταβαλλόμενο σχήμα, καθώς τα άστρα πραγματοποιούν το «χορό» τους. Οταν η σύγκρουση των αστρικών ανέμων είναι πιο έντονη παράγονται ακτίνες Χ, ενώ το διαστημικό τηλεσκόπιο Φέρμι εντόπισε και ακτίνες γάμμα, που είναι φορείς πολύ μεγαλύτερης ενέργειας. Ομως η οξύτητα όρασης του Φέρμι είναι πολύ μικρότερη από εκείνη των τηλεσκοπίων ακτίνων Χ και έτσι οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να είναι βέβαιοι ότι οι ακτίνες γάμμα προέρχονται από τον ήτα Τρόπιδος.
Για να βρουν απάντηση στο πρόβλημα, οι αστρονόμοι στράφηκαν στο NuSTAR. Το NuSTAR είναι διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων Χ, που βρίσκεται σε τροχιά από το 2012 και μπορεί να ανιχνεύσει υψηλότερης ενέργειας ακτίνες Χ, κλείνοντας με έναν τρόπο το κενό στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα για τον ήτα Τρόπιδος. Οι μαλακές (χαμηλής ενέργειας) ακτίνες Χ μπορεί να προέρχονται από αέρια στη διεπαφή των συγκρουόμενων αστρικών ανέμων, όπου οι θερμοκρασίες φτάνουν τα 40 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Ομως το NuSTAR ανιχνεύει και ακτίνες των 30.000 eV (συγκριτικά οι ακτίνες ορατού φωτός είναι στα 2 έως 3 eV) προερχόμενες από τον ήτα Τρόπιδος και τέτοιας ενέργειας ακτίνες δεν μπορούν να παραχθούν στο όριο επαφής των δύο ανέμων.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο NuSTAR που συνέβαλε καθοριστικά στην ανακάλυψη

Η μόνη εξήγηση και για τις ακτίνες Χ που ανίχνευσε το NuSTAR και για τις ακτίνες γάμμα που ανίχνευσε το Φέρμι, μπορεί να είναι - σύμφωνα με τους επιστήμονες - η επιτάχυνση υποατομικών σωματιδίων κατά μήκος της διεπαφής των ωστικών κυμάτων των αστρικών ανέμων, λόγω αλληλεπίδρασής του με την έντονη φωτεινή ακτινοβολία των άστρων. Τα φωτόνια συγκρούονται με τα υποατομικά σωματίδια, τα οποία τους μεταφέρουν μέρος της ενέργειάς τους, με αποτέλεσμα τα φωτόνια αυτά να φτάνουν στη Γη ως «σκληρές» ακτίνες Χ και ως ακτίνες γάμμα. Ταυτόχρονα, κάποια από τα υποατομικά σωματίδια υψηλής ενέργειας προερχόμενα από τη «θύελλα» στον ήτα Τρόπιδος, μπορεί επίσης να διαφεύγουν και να φτάνουν στη Γη ως κοσμικές ακτίνες.