Κυριακή, 18 Μαρτίου 2018

Οι επιστήμονες ίσως και να έχουν λύσει το μυστήριο του γιατί οι κομήτες εκπέμπουν ακτίνες - Χ

Δημιούργησαν έναν «κομήτη» ....στο εργαστήριο!

Υπήρξε ένα μεγάλο αίνιγμα για περισσότερες από δύο δεκαετίες - αν κάποιο αντικείμενο εκπέμπει ακτίνες Χ, τότε θα είναι πολύ καυτό. Αλλά οι κομήτες; Είναι μπάλες πάγου και βράχων, που παρόλα αυτά  εκπέμπουν ακτίνες - Χ. Ήταν μια  δύσκολη αναζήτηση, αλλά οι ερευνητές πιστεύουν ότι τελικά κατάλαβαν το γιατί συμβαίνει αυτό.



Η ανακάλυψη ότι οι κομήτες εκπέμπουν ακτίνες - Χ  είναι σχετικά πρόσφατη. Παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1996, όταν το διαστημικό σκάφος ROSAT ανίχνευσε ακτίνες - Χ  κοντά στον Κομήτη Χαγιακουτάκε.

Η παρατήρηση αυτού του φαινομένου αποδίδεται σε κάτι που ονομάζεται «ανταλλαγή φορτίων» - όταν ισχυρά θετικά ηλιακά ηλεκτρόνια προσελκύουν αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια από το ουδέτερο αέριο που περιβάλλει τον κομήτη.


Αργότερα, παρατηρώντας τον κομήτη ΛΙΝΕΑΡ  το 2000, το Διαστημικό Τηλεσκόπιο ακτίνων -X Τσάντρα της NASA ανίχνευσε ένα ισχυρό σήμα ακτίνων- Χ από άτομα Αζώτου και Οξυγόνου που είχαν χάσει το μεγαλύτερο μέρος των ηλεκτρονίων τους.

Χαρακτηριστικό για αυτή την ακτινοβολία ακτίνων - Χ είναι ότι παράγεται στην πλευρά του κομήτη που ¨βλέπει¨ στον Ήλιο, όπου η αλληλεπίδραση μεταξύ του ηλιακού ανέμου και της ατμόσφαιρας του κομήτη δημιουργεί ένα κρουστικό κύμα. Η διεργασία αυτή εξασθενεί συνεχώς καθώς ο κομήτης απομακρύνεται από τον Ήλιο, όπου χάνεται κατευθηνόμενος σε όλο και πιο μεγάλες αποστάσεις στο αχανές διάστημα.

Τώρα, όλα δείχνουν να αποκτούν νόημα, να έχουν λογική.


Ωστόσο, σύμφωνα με μια νέα έρευνα που πραγματοποιήθηκε από τον Bob Bingham του Συμβούλιο Επιστημών και Τεχνολογίας του Ηνωμένου Βασιλείου, αυτό το μοντέλο ανταλλαγής φορτίων δεν είναι τέλειο - μιας και η ομάδα του ανακάλυψε ένα καλύτερο.

Ωστόσο, το θέμα είναι λίγο πιο περίπλοκο -  έχει να κάνει με ένα φαινόμενο που ονομάζεται Bremsstrahlung ή "ακτινοβολία πέδησης", που είναι το όνομα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που παρατηρήται να συμβαίνει όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο επιταχύνεται ή επιβραδύνεται αφού περάσει μέσα από το ηλεκτρικό πεδίο ενός άλλου φορτισμένου σωματιδίου.

Εάν η ενέργεια αυτής της επαφής είναι αρκετά υψηλή, τα σωματίδια εκπέμπουν ακτίνες Χ.


"Για να ταιριάζουν τα δεδομένα με το μοντέλο ανταλλαγής φορτίου απαιτείται μια προσεκτική επιλογή ατομικής γραμμής, όπου το φαινόμενο της  ακτινοβολίας πέδησης (το bremsstrahlung) θα ήταν εύκολο να προσαρμοστεί", εξηγεί ο Bingham σε ένα email στον ιστότοπο ScienceAlert.

"Ποιος είναι ο ρόλος των ενεργειακών σωματιδίων, καθώς εκείνα θα εξακολουθούν να ακτινοβολούν ανεξάρτητα από την ανταλλαγή φορτίων; Αν πάρετε τη κατανομή τους και την τροφοδοτήσετε με το πρότυπο της ακτινοβολίας πέδησης (Bremsstrahlung), παίρνετε το φάσμα της ακτινοβολίας που παρατηρείται. Είναι τεκμηριωμένο πια ότι η περισσότερη ακτινοβολία προερχόμενη από ακτίνες - Χ οφειλόταν στην ακτινοβολία πέδησης. "


Στόχος της ερευνητικής ομάδας ήταν να διερευνήσει πώς παράγονται αυτά τα ενεργειακά σωματίδια σε κραδασμούς χωρίς συγκρούσεις, έναν τύπο κρουστικού κύματος που δεν παράγεται από συγκρούσεις σωματιδίων, αλλά από κύματα πλάσματος. Και, πράγματι, τα κρουστικά κύματα των κομητών είναι κραδασμοί, κρουστικά κύματα αν προτιμάτε που παράγονται χωρίς συγκρούσεις (collisionless bow shocks).

Σχεδίασαν λοιπόν ένα πείραμα για να προσομοιώσουν την αλληλεπίδραση μεταξύ του Ηλιακού ανέμου και ενός κομήτη στις εγκαταστάσεις της μονάδας laser LULI στη Γαλλία.

Πρωταρχικά, πυροδότησαν δέσμες Λέιζερ πάνω σε ένα πλαστικό φύλλο. Η προκύπτουσα έκρηξη εξώθησε μια ροή υψηλής ταχύτητας ιονισμένου αερίου ή πλάσματος, ακριβώς όπως ο Ηλιακός άνεμος.


Περιμένοντας τη διαδρομή αυτής της ροής, περίπου ένα εκατοστό από το πλαστικό φύλλο, ήταν μια συμπαγής σφαίρα...και ιδού!  να ο πειραματικός μας "κομήτης"...

Όταν η ροή πλάσματος ήλθε σε επαφή με τη σφαίρα αυτή, τα στροβιλισμένα από το πλάσμα ηλεκτρόνια υπερθερμάνθηκαν, με αποτέλεσμα την εκπομπή ακτίνων Χ - αλλά μόνο με την παρουσία μαγνητικού πεδίου.


Έτσι το πείραμα* έδειξε ότι τα ενεργειακά ηλεκτρόνια σε κρουστικά κύματα χωρίς συγκρούσεις, παράγονται από την επιτάχυνση των φορτισμένων σωματιδίων, και ότι αυτά τα ενεργειακά ηλεκτρόνια παρήγαγαν ακτίνες Χ

Το μοντέλο της ακτινοβολίας πέδησης αντιπροσωπεύει ακόμη και τον υψηλό αριθμό ατόμων που έχουν απογυμνωθεί από τα ηλεκτρόνια τους, και τα οποία παρατηρούνται γύρω από τους κομήτες.

«Τα ενεργειακά ηλεκτρόνια μπορούν να ιονίσουν εύκολα τα άτομα», είπε ο Bingham.


Το πείραμα κατέδειξε επίσης μια πιθανή λύση σε αυτό που είναι γνωστό και ως ¨πρόβλημα έγχυσης¨ - (injection problem), όπου ισχυρά κρουστικά κύματα αναμένεται να επιταχύνουν σωματίδια σε πολύ υψηλές ενέργειες - όμως, τα σωματίδια αυτά πρέπει να είναι αρκετά γρήγορα για να ξεπεράσουν το αρχικό κτύπημα, το σοκ αν θέλετε, από την πρώτη κιόλας στιγμή.

Η ομάδα ανακάλυψε ότι η παρατηρούμενη αναταραχή στο πλάσμα, μπορεί να δώσει μια πηγή σωματιδίων αρκετά γρήγορη για να ξεπεράσει το πρόβλημα της έγχυσης.


"Αυτά τα πειραματικά αποτελέσματα είναι σημαντικά καθώς παρέχουν άμεσες εργαστηριακές αποδείξεις ότι αντικείμενα που κινούνται μέσω μαγνητισμένου πλάσματος μπορούν να είναι περιοχές επιτάχυνσης ηλεκτρονίων", δήλωσε ο Bingham σε μια του δήλωση.

"Πρόκειται μια πολύ γενική κατάσταση στην αστροφυσική που συμβαίνει όχι μόνο σε κομήτες αλλά και σε πλανητικές μαγνητόσφαιρες, όπως στη δική Γη, ή ακόμα και σε κατάλοιπα Υπερκαινοφανών, όπου το εκτοξευόμενο υλικό κινείται διαμέσου του διαστρικού αερίου.

"Τα πειράματα επιβεβαιώνουν επίσης τα θεωρητικά μοντέλα που αναπτύχθηκαν από την ομάδα."


Η έρευνα της ομάδας έχει δημοσιευθεί στο περιοδικό Nature Physics.

---------------------------------------------------------------------------------
Διευκρινήσεις: 
*Και όπως έλεγε και ο Ρίτσαρντ Φίλλιπς Φάινμαν ένας από τους σημαντικότερους θεωρητικούς φυσικούς : Δεν έχει σημασία πόσο ωραία είναι η θεωρία σου ή πόσο έξυπνος είσαι. Αν δεν επαληθεύεται πειραματικά, είναι λάθος.

Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε γράμματα)

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
 Για διορθώσεις μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com  η αφήστε μήνυμα inbox στη Σελίδα:

 Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας εργασία, άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com  . Η δημοσίευση είναι εντελώς δωρεάν.

Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του άρθρου.

 Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου. 

Για την ομάδα : @Aratosastronomy