Ένας αόρατος συνοδός που καταναλώνει υλικό από το, ορατό με γυμνό μάτι άστρο γάμμα Κασσιόπης, αποκαλύφθηκε ως η αιτία των παράξενων ακτίνων Χ που προέρχονται από το αστρικό σύστημα. Παρατηρήσεις υψηλής ανάλυσης από την αποστολή XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission), έδειξαν ότι οι ακτίνες Χ συνδέονται με την τροχιακή κίνηση ενός συνοδού λευκού νάνου, επιτρέποντας στους αστρονόμους να λύσουν ένα μυστήριο πενήντα ετών. Οι παρατηρήσεις παρουσιάζονται σε νέα μελέτη, με επικεφαλής τη Yaël Nazé από το Πανεπιστήμιο της Λιέγης στο Βέλγιο.
«Υπήρξε μια έντονη προσπάθεια δεκαετιών από πολλές ερευνητικές ομάδες, για να λυθεί το μυστήριο του γάμμα Κασσιόπης. Και τώρα, χάρη στις παρατηρήσεις υψηλής ακρίβειας του XRISM, τα καταφέραμε επιτέλους», δήλωσε η Yaël.
Ένα μυστήριο με ιστορία
Το άστρο γάμμα Κασσιόπης είναι ορατό από το βόρειο ημισφαίριο κάθε νύχτα. Αποτελεί το κεντρικό «σημείο» του χαρακτηριστικού αστερισμού της Κασσιόπης σε σχήμα «W».
Παρά την εντυπωσιακή του παρουσία στον νυχτερινό ουρανό, περιβάλλεται από μυστήριο από το 1866, όταν ο Ιταλός αστρονόμος Angelo Secchi παρατήρησε κάτι παράξενο στο φάσμα του. Το «αποτύπωμα» του υδρογόνου εμφανιζόταν φωτεινό, ενώ σε άστρα όπως ο Ήλιος μας συνήθως φαίνεται ως σκοτεινή γραμμή.
Αυτό το ασυνήθιστο χαρακτηριστικό οδήγησε στη δημιουργία μιας νέας κατηγορίας άστρων, των λεγόμενων «Be» αστέρων, συνδυάζοντας το «B» (για τα θερμά, κυανόλευκα άστρα) με το «e» από την ιδιόμορφη εκπομπή υδρογόνου.
Χρειάστηκαν δεκαετίες για να κατανοήσουν οι αστρονόμοι ότι οι εκπομπές προέρχονται από έναν περιστρεφόμενο δίσκο ύλης που εκτοξεύεται από το ταχύτατα περιστρεφόμενο άστρο. Τέτοιοι δίσκοι μπορούν να δημιουργούνται και να διαλύονται παροδικά, προκαλώντας μεταβολές στη φωτεινότητα του άστρου, κάτι που το καθιστά δημοφιλή στόχο για ερασιτέχνες αστρονόμους μέχρι σήμερα.
Με τη βελτίωση των τηλεσκοπικών παρατηρήσεων, κατέστη δυνατό να μελετηθεί η κίνηση του γάμμα Κασσιόπης, αποκαλύπτοντας ότι διαθέτει έναν συνοδό αστέρα μικρής μάζας. Επειδή ο συνοδός δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα, οι αστρονόμοι θεωρούν ότι πρόκειται για έναν λευκό νάνο, δηλαδή ένα εξαιρετικά πυκνό αντικείμενο με μάζα σαν του Ήλιου αλλά μέγεθος όσο της Γης.
Ένα νέο αίνιγμα
Στα μέσα της δεκαετίας του 1970 προέκυψε ένα νέο μυστήριο: το γάμμα Κασσιόπης εκπέμπει ασυνήθιστα ισχυρές ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας. Μελέτες έδειξαν ότι αυτές προέρχονται κυρίως από πλάσμα σε θερμοκρασία περίπου 150 εκατομμυρίων βαθμών, με λαμπρότητα περίπου 40 φορές μεγαλύτερη από την αναμενόμενη για τέτοιου είδους άστρα.
Με την ανάπτυξη διαστημικών τηλεσκοπίων ακτίνων Χ όπως τα XMM-Newton (ESA), Chandra (NASA) και eROSITA, οι αστρονόμοι εντόπισαν περίπου δύο δωδεκάδες παρόμοια άστρα τύπου γάμμα Κασσιόπης, τα οποία σχηματίζουν μια ξεχωριστή ομάδα μέσα στους Be αστέρες.
Οι δύο τελικές θεωρίες
Με τα χρόνια, οι εξηγήσεις για τις ακτίνες Χ περιορίστηκαν σε δύο βασικές θεωρίες:
- Μήπως τα μαγνητικά πεδία του άστρου αλληλεπιδρούν με τον δίσκο ύλης του, δημιουργώντας το θερμό πλάσμα;
- Ή μήπως οι ακτίνες Χ παράγονται όταν υλικό από τον δίσκο πέφτει πάνω στον λευκό νάνο συνοδό;
Τελικά, ένα όργανο με την απαραίτητη ακρίβεια έδωσε την απάντηση: το φασματόμετρο υψηλής ανάλυσης Resolve του XRISM. Οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι τα χαρακτηριστικά του θερμού πλάσματος ακολουθούν την τροχιακή κίνηση του αόρατου συνοδού. Με άλλα λόγια, ο λευκός νάνος «καταναλώνει» υλικό από το γάμμα Κασσιόπης και εκπέμπει ακτίνες Χ κατά τη διαδικασία.
«Οι προηγούμενες μελέτες με το XMM-Newton άνοιξαν τον δρόμο για το XRISM, επιτρέποντάς μας να αποκλείσουμε πολλές θεωρίες και να αποδείξουμε ποια από τις δύο ήταν σωστή», προσθέτει η Yaël. «Είναι εξαιρετικά ικανοποιητικό να έχουμε πλέον άμεσες αποδείξεις!»
Τι σημαίνει αυτό για την αστροφυσική
Η κατανόηση ότι τα αντικείμενα τύπου γάμμα Κασσιόπης είναι συστήματα Be άστρων με λευκούς νάνους που συσσωρεύουν ύλη, λύνει το μυστήριο των ακτίνων Χ, αλλά ανοίγει και νέα ερωτήματα για το πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται αυτά τα διπλά συστήματα.
Αν και παρόμοια ζεύγη θεωρούνταν κάποτε συνηθισμένα, κυρίως σε άστρα μικρής μάζας, νέα έρευνα δείχνει ότι είναι σπανιότερα και εμφανίζονται κυρίως σε πιο μαζικά Be άστρα.
«Πιστεύουμε ότι το κλειδί βρίσκεται στο να κατανοήσουμε ακριβώς πώς αλληλεπιδρούν τα δύο άστρα.Τώρα που γνωρίζουμε τη φύση του γάμμα Κασσιόπης, μπορούμε να δημιουργήσουμε πιο ακριβή μοντέλα και να βελτιώσουμε την κατανόησή μας για την εξέλιξη των διπλών συστημάτων», καταλήγει η Yaël
Η Alice Borghese, ερευνήτρια της ESA στον τομέα της αστροφυσικής υψηλών ενεργειών, προσθέτει: «Είναι εντυπωσιακό να βλέπουμε πώς το μυστήριο ξεδιπλώθηκε σταδιακά. Το XMM-Newton έθεσε τις βάσεις αποκλείοντας πολλές θεωρίες, και τώρα το XRISM μας οδήγησε στην τελική απάντηση.»
«Αυτό το εξαιρετικό αποτέλεσμα αναδεικνύει τη στενή συνεργασία μεταξύ των ιαπωνικών, ευρωπαϊκών και αμερικανικών ομάδων του XRISM», καταλήγει ο Matteo Guainazzi της ESA. «Η διεθνής ομάδα συνδυάζει την τεχνική και επιστημονική γνώση που απαιτείται για να λυθούν τα μεγαλύτερα μυστήρια του Σύμπαντος στις ακτίνες Χ και να ανοίξουν νέοι δρόμοι έρευνας.»