Τα αστέρια νετρονίων είναι ένα από τα πιο συναρπαστικά αστρονομικά αντικείμενα στο γνωστό Σύμπαν. Εκτός από το ότι είναι ο πυκνότερος τύπος αστεριού (με την πιθανή εξαίρεση των αστεριών κουάρκ), είναι επίσης γνωστοί ότι σχηματίζουν δυαδικά ζεύγη με τεράστια αστέρια. Μέχρι σήμερα, έχουν ανακαλυφθεί μόνο 39 τέτοια συστήματα, και ακόμη λιγότερα έχουν εντοπιστεί που αποτελούνται από ένα τεράστιο αστέρι νετρονίων ακτίνων γάμμα πολύ υψηλής ενέργειας (VHE).
Μέχρι σήμερα, έχουν βρεθεί μόνο δύο από αυτά τα συστήματα, το δεύτερο από τα οποία ανακαλύφθηκε πριν από λίγα χρόνια από μια ομάδα διεθνών αστρονόμων, γνωστή ως συνεργασία με το Σύστημα Τηλεσκοπικών Συστημάτων Πολύ Ενεργειακής Ακτινοβολίας (VERITAS). Εκτός από το ότι είναι ένα σπάνιο εύρημα, η ανακάλυψη ήταν επίσης πολύ τυχερή, καθώς η ασυνήθιστη συμπεριφορά που παρατήρησαν ότι προέρχεται από αυτό το σύστημα δεν θα συμβεί ξανά μέχρι το 2067.
Με απλά λόγια, τα αστέρια νετρονίων είναι τα πυκνά υπολείμματα ενός άστρου που έχει εκραγεί σε μια σουπερνόβα, αφήνοντας πίσω του ένα εξαιρετικά πυκνό, συμπαγές αντικείμενο που περιστρέφεται γρήγορα. Αυτό προκαλεί ένα αστέρι νετρονίων να παράγει ισχυρά μαγνητικά πεδία που εστιάζουν την ακτινοβολία του σε μια στενή ακτίνα, η οποία εμφανίζεται σαν φάρος όταν προβάλλεται από πάνω. Όταν αυτές οι ακτίνες τέμνονται με τη Γη, οι αστρονόμοι μπορούν να ανιχνεύσουν αυτούς τους παλμούς στο ραδιόφωνο και σε άλλα μήκη κύματος.
Δεδομένου ότι είναι συνηθισμένο για τα τεράστια αστέρια για δυαδικά ζεύγη μορφής, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι ορισμένοι πάλσαρ έχουν έναν τροχό σε τροχιά που επέζησε του συντρόφου του να πηγαίνει σουπερνόβα. Είναι επίσης κοινό για αυτά τα συστήματα να έχουν δίσκους υπολειμμάτων, οι οποίοι επηρεάζονται από τον ταχέως περιστρεφόμενο pulsar. Καθώς η ακτινοβολία συγκρούεται με συντρίμμια, δημιουργεί φορτισμένα σωματίδια που μπορούν να επιταχυνθούν σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός, με αποτέλεσμα ακτίνες γάμμα πολύ υψηλής ενέργειας (VHE).
Χρησιμοποιώντας τα τέσσερα τηλεσκόπια 12 μέτρων στο Παρατηρητήριο Fred Lawrence Whipple, το οποίο λειτουργεί από το Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), η συνεργασία VERITAS άρχισε να παρακολουθεί αυτό που πιστεύεται ότι ήταν ένα σύστημα pulsar ακτίνων γάμμα VHE το 2016. Αυτή η πηγή βρίσκεται σε ένα τεράστιο αστρικό φυτώριο περίπου 5000 έτη φωτός από τη Γη προς την κατεύθυνση του αστερισμού του Κύκνου.
Με τη βοήθεια μιας ομάδας αστρονόμων που χρησιμοποίησαν τα δύο τηλεσκόπια των 17 μέτρων Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) (που βρίσκονται στο Παρατηρητήριο El Roque de Los Muchachos στα Κανάρια Νησιά), η ομάδα διαπίστωσε ότι το pulsar είχε έναν τεράστιο αστρικό σύντροφο που το τροχούσε κάθε 50 χρόνια σε μια εξαιρετικά ελλειπτική τροχιά. Οι δύο ομάδες υπολόγισαν επίσης ότι τα αστέρια θα βρίσκονται στα πιο κοντινά σημεία στην τροχιά τους έως τις 13 Νοεμβρίου 2017 και δεν θα είναι ξανά μέχρι το 2067.
Οι διευθυντές της συνεργασίας VERITAS είχαν προηγουμένως συμμετάσχει με άλλους αστρονόμους για την παρακολούθηση αυτού του συστήματος πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την πλησιέστερη προσέγγισή του. Χρησιμοποιώντας τα τέσσερα τηλεσκόπια του παρατηρητηρίου Fred Lawrence Whipple, εντόπισαν τις ακτίνες γάμμα από τις εξαιρετικά σύντομες αναλαμπές της ακτινοβολίας Cherenkov που εμφανίζονται στον ουρανό όταν απορροφώνται από την ατμόσφαιρα της Γης.
Οι αρχικές παρατηρήσεις, που πραγματοποιήθηκαν το 2016, αποκάλυψαν αδύναμες εκπομπές ακτίνων γάμμα, οι οποίες ήταν συνεπείς με το γεγονός ότι το δυαδικό σύστημα ενσωματώθηκε σε ένα αστρικό φυτώριο. «Αυτή η χαμηλή, σταθερή εκπομπή πιθανότατα προέρχεται από ένα νεφέλωμα που τροφοδοτείται συνεχώς από το pulsar», δήλωσε ο Ralph Bird, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Λος Άντζελες, ο οποίος έπαιξε πρωταγωνιστικό ρόλο στην εκστρατεία VERITAS.
Οι επιστήμονες περίμενα συνεπώς τα αστέρια να φτάσουν στο πλησιέστερο σημείο στην τροχιά τους για να δουν αν θα υπήρχε κάποια αλλαγή. Σύμφωνα με την Alicia López Oramas, ερευνητή του MAGIC στο Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), και έναν από τους αντίστοιχους συγγραφείς της μελέτης, «ένα τέτοιο μοναδικό σύστημα αναμενόταν να εκπέμπει ακτίνες γάμμα πολύ υψηλής ενέργειας κατά τη διάρκεια αυτής της προσέγγισης , και αυτή η ευκαιρία δεν μπορούσε να χαθεί. "
Μέχρι τον Σεπτέμβριο, τα πράγματα άρχισαν να αλλάζουν δραστικά. Όπως δήλωσε ο Tyler Williamson, μεταπτυχιακός φοιτητής από το Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Delaware και ένας άλλος βασικός συνεργάτης του VERITAS, ανέφερε:
«Η ροή ακτίνων γάμμα που παρατηρήσαμε τον Σεπτέμβριο ήταν διπλάσια από την προηγούμενη τιμή. Κατά την πλησιέστερη προσέγγιση μεταξύ του αστεριού και του πάλσαρ, το Νοέμβριο του 2017, η ροή αυξήθηκε 10 φορές σε μία μόνο νύχτα. "
Προκειμένου να εξηγήσει αυτήν τη συμπεριφορά, η ομάδα ταιριάζει με θεωρητικά μοντέλα με βάση τις τελευταίες θεωρίες σχετικά με τους πάλσαρ, τους δίσκους συντριμμιών και τις προκύπτουσες εκπομπές στις παρατηρήσεις τους. Αυτό αποδείχθηκε ανεπιτυχές, γεγονός που τους οδήγησε στο συμπέρασμα ότι χρειάζονται σημαντικές αναθεωρήσεις, οι οποίες περιλαμβάνουν καλύτερες πληροφορίες σχετικά με τη συνάντηση μεταξύ των δύο αστεριών.
Εν ολίγοις, απαιτούνται περισσότερες παρατηρήσεις αυτού του δυαδικού ζεύγους προτού γίνει σωστή μοντελοποίηση. Αυτό δεν προκαλεί έκπληξη, καθώς αυτό το σύστημα είναι μόνο η δεύτερη περίπτωση ενός δυαδικού συστήματος pulsar που εμφανίζει εκπομπές ακτίνων γάμμα VHE. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις που συλλέχθηκαν από τις δύο ομάδες ήταν πολύτιμες, δεδομένου ότι όλες οι προηγούμενες εξηγήσεις σχετικά με τη συμπεριφορά των δυαδικών πάλσαρ ακτίνων γάμμα ήταν εικασίες.
Τα επόμενα χρόνια, οι επιστήμονες σκοπεύουν να συνεχίσουν να παρατηρούν αυτό και άλλα πάλσαρ για να παρακολουθούν την εξωτική συμπεριφορά που προέρχεται από αυτόν τον ακραίο τύπο αντικειμένου. Και αν μπορούν να αναπτυχθούν κατάλληλα μοντέλα για αυτό το συγκεκριμένο σύστημα, θα έχει τεράστια αξία για τους επιστήμονες, προσφέροντας μια εικόνα για τη γέννηση και την εξέλιξη των συμπαγών αντικειμένων - που κυμαίνονται από pulsars έως δυαδικά συστήματα μαύρων οπών.
Όπως δήλωσε ο Wystan Benbow, αστροφυσικός με το CfA, «η συνεχιζόμενη επένδυση στη λειτουργία μοναδικών, κορυφαίων εγκαταστάσεων όπως το VERITAS είναι κρίσιμη και θα εξασφαλίσει περαιτέρω ευκαιρίες για την επίτευξη μεταμορφωτικής επιστήμης».
Η συνεργασία VERITAS είναι μια ομάδα 80 επιστημόνων από 20 ιδρύματα με έδρα τις Ηνωμένες Πολιτείες, τον Καναδά, τη Γερμανία και την Ιρλανδία. Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους εμφανίστηκε πρόσφατα στο Αστροφυσικά περιοδικά. Το Παρατηρητήριο Fred Lawrence Whipple λειτουργεί από το Smithsonian Astrophysical Observatory's (SAO).
