Σύγκρουση άστρων νετρονίων: Έλληνας ερευνητής της NASA προσομοιώνει το κοσμικό χάος

Υπάρχουν γεγονότα στο σύμπαν τόσο βίαια και τόσο σύντομα που ο ανθρώπινος νους αδυνατεί να τα συλλάβει. Ένα από αυτά είναι η σύγκρουση άστρων νετρονίων, μια διαδικασία που χτίζεται για εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια και ολοκληρώνεται σε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου. Τώρα ένας Έλληνας ερευνητής στη NASA κατάφερε να προσομοιώσει αυτό το κοσμικό χάος, μια neutron star merger, με τη βοήθεια ενός από τους ισχυρότερους υπολογιστές στον κόσμο. Το αποτέλεσμα είναι η πιο λεπτομερής ματιά που έχουμε ως σήμερα στα δευτερόλεπτα πριν δύο νεκρά άστρα συντριβούν το ένα πάνω στο άλλο.

Τι είναι τα άστρα νετρονίων

Για να καταλάβουμε τη σημασία αυτής της έρευνας, χρειάζεται πρώτα να γνωρίσουμε τα ίδια τα αντικείμενα. Τα άστρα νετρονίων είναι τα απομεινάρια τεράστιων αστεριών που εξερράγησαν ως υπερκαινοφανείς, οι λεγόμενες supernovae. Η πυκνότητά τους είναι σχεδόν ασύλληπτη. Συχνά λέγεται ότι ένα κουταλάκι του γλυκού ύλης από άστρο νετρονίων θα ζύγιζε όσο το σύνολο των οκτώ δισεκατομμυρίων ανθρώπων της Γης. Το μόνο πράγμα πυκνότερο από ένα άστρο νετρονίων είναι μια μαύρη τρύπα.

Πέρα από την πυκνότητα, αυτά τα άστρα διαθέτουν και εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία. Είναι τόσο ισχυρά που, όταν δύο τέτοια άστρα πλησιάζουν, τα πεδία τους αρχίζουν να αλληλεπιδρούν με τρόπους που δεν έχουμε ακόμη πλήρως κατανοήσει. Ακριβώς εκεί, σε αυτή την αόρατη μάχη μαγνητισμού, εστιάζει η νέα μελέτη.

Η έρευνα του Έλληνα επιστήμονα

Ο Δημήτριος Σκιαθάς, μεταπτυχιακός φοιτητής του Πανεπιστημίου Πατρών που διεξάγει έρευνα στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA, είναι ο επικεφαλής συγγραφέας μιας μελέτης που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό The Astrophysical Journal. Η ομάδα χρησιμοποίησε τον υπερυπολογιστή Pleiades, που βρίσκεται στο Κέντρο Ερευνών Ames της NASA στην Καλιφόρνια, και έτρεξε πάνω από εκατό προσομοιώσεις ενός συστήματος δύο άστρων νετρονίων, το καθένα με μάζα ίση με 1,4 φορές αυτή του Ήλιου.

Οι περισσότερες προσομοιώσεις περιγράφουν τα τελευταία 7,7 χιλιοστά του δευτερολέπτου πριν τη σύγκρουση. Στόχος ήταν να φανεί τι συμβαίνει στα μαγνητικά πεδία στις τελευταίες τροχιές, και ποια σήματα εκπέμπει αυτό το χάος. Όπως εξήγησε ο Σκιαθάς, λίγο πριν τη σύγκρουση οι μαγνητόσφαιρες των δύο άστρων αρχίζουν να αλληλεπιδρούν έντονα, και τα διαπλεκόμενα μαγνητικά πεδία υφίστανται ραγδαίες και δραματικές αλλαγές. Η περιγραφή της αποστολής υπάρχει αναλυτικά στο σχετικό άρθρο της NASA.

Γιατί χρειάζεται υπερυπολογιστής

Η απάντηση είναι απλή. Η φυσική που συμβαίνει σε αυτά τα γεγονότα είναι τόσο πολύπλοκη που κανένας κοινός υπολογιστής δεν μπορεί να την παρακολουθήσει. Τα άστρα νετρονίων περιστρέφονται δεκάδες φορές ανά δευτερόλεπτο. Καθώς πλησιάζουν, τα μαγνητικά τους πεδία συνδέονται, σπάνε και επανασυνδέονται διαρκώς, ενώ ρεύματα σωματιδίων κινούνται σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός.

Όπως το περιέγραψε ο συν-συγγραφέας Κωνσταντίνος Καλαποθαράκος του Goddard, η μαγνητόσφαιρα συμπεριφέρεται σαν ένα μαγνητικό κύκλωμα που επανακαλωδιώνεται συνεχώς όσο τα άστρα περιστρέφονται. Το να παρακολουθήσεις αυτή τη μη γραμμική εξέλιξη σε υψηλή ανάλυση είναι ακριβώς ο λόγος που χρειάζεται ένας υπερυπολογιστής.

Τι αποκάλυψε η προσομοίωση

Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά. Όταν δύο άστρα νετρονίων πλησιάζουν, οι δυνάμεις που αναπτύσσονται είναι τόσο τρομερές που γεννούν ένα είδος φωτός το οποίο δεν μπορούμε να δούμε με τα μάτια μας. Πρόκειται για ακτίνες γάμμα, μια μορφή φωτός τρισεκατομμύρια φορές πιο δυνατή από αυτό που μας στέλνει ο Ήλιος καθημερινά. Υπάρχει όμως μια ανατροπή.

Αυτό το υπερ-ενεργητικό φως δεν φτάνει ποτέ σε εμάς. Τα ίδια τα μαγνητικά πεδία που το γεννούν, το παγιδεύουν αμέσως. Σαν μια λάμπα τόσο δυνατή που καίει τον ίδιο της τον λαμπτήρα πριν προλάβει να φωτίσει το δωμάτιο. Το φως, εγκλωβισμένο στα στριμμένα μαγνητικά πεδία, μετατρέπεται σε μικροσκοπικά σωματίδια, ένα ηλεκτρόνιο και τον αντικαθρέφτη του, το ποζιτρόνιο, και χάνεται εκεί που γεννήθηκε.

Αυτό δεν σημαίνει όμως ότι μένουμε στα τυφλά. Οι λιγότερο βίαιες εκδοχές αυτού του φωτός καταφέρνουν να ξεφύγουν και τις πιάνουν τηλεσκόπια όπως το Fermi της NASA. Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι το σήμα δυναμώνει όσο τα δύο άστρα πλησιάζουν στη μοιραία στιγμή, λίγο σαν τη σειρήνα ασθενοφόρου που έρχεται κοντά. Και κάτι ακόμα. Το αν θα δούμε καθαρά τη σύγκρουση εξαρτάται και από τη γωνία που τυχαίνει να βλέπουμε εμείς από τη Γη.

Γιατί έχει σημασία

Η ιστορία όμως δεν τελειώνει στο φως. Όταν δύο άστρα νετρονίων συγκρούονται, ταρακουνάνε τον ίδιο τον ιστό του χώρου και του χρόνου. Δημιουργούν αυτό που οι επιστήμονες ονομάζουν κύματα βαρύτητας, ένα είδος ρυτιδιάσματος που απλώνεται στο σύμπαν σαν τους κύκλους που σχηματίζει ένα βότσαλο όταν πέφτει σε λίμνη. Όπως εξήγησε ο επιστήμονας του Goddard Δημοσθένης Καζανάς, αυτά τα κύματα κουβαλούν επάνω τους τη σφραγίδα όσων αποκάλυψε η προσομοίωση. Και τα επόμενα παρατηρητήρια θα μπορούν να τη διαβάσουν.

Εδώ μπαίνει στην εξίσωση το LISA, ένα τεράστιο διαστημικό όργανο που σχεδιάζουν μαζί η ευρωπαϊκή ESA και η NASA, με στόχο να εκτοξευτεί μέσα στη δεκαετία του 2030. Σε αντίθεση με τα σημερινά παρατηρητήρια που πιάνουν τα κύματα βαρύτητας μόλις τα τελευταία λεπτά πριν τη σύγκρουση, το LISA θα μπορεί να εντοπίζει ζεύγη άστρων νετρονίων πολύ νωρίτερα, ίσως και χρόνια πριν αυτά συντριβούν το ένα πάνω στο άλλο. Έτσι θα προλαβαίνουμε να στρέψουμε εκεί όλα τα διαθέσιμα τηλεσκόπιά μας και να περιμένουμε τη σύγκρουση σαν θεατές μπροστά σε μια προγραμματισμένη παράσταση.

Φανταστείτε το έτσι. Μέχρι σήμερα μαθαίναμε για αυτές τις συγκρούσεις είτε από το φως τους είτε από τα κύματα βαρύτητάς τους. Στο μέλλον θα τις βλέπουμε ταυτόχρονα και με τους δύο τρόπους. Σαν να ακούς για πρώτη φορά τον ήχο μιας ταινίας που μέχρι τότε παρακολουθούσες βουβή.

Και κάπου στο επίκεντρο όλης αυτής της προσπάθειας στέκεται ένας Έλληνας φοιτητής από την Πάτρα, που εργάζεται στη NASA και ψάχνει απαντήσεις στα πιο βίαια σημεία του σύμπαντος.

💫

Το άρθρο δημιουργήθηκε με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης και βασίστηκε σε αξιόπιστες επιστημονικές πηγές. Η τελική επιμέλεια και ο έλεγχος έγιναν από την ομάδα του Infinite Odyssey πριν τη δημοσίευση. Για περισσότερες διαστημικές ειδήσεις στα ελληνικά, μείνετε συντονισμένοι.