Αstronomy & Science: Οι Υπερφυσαλίδες του σύμπαντος: άλλο ένα κοσμικό αίνιγμα;

Πρόκειται για μαζικούς επιταχυντές πυρηνικών σωματιδίων, και μπορεί να είναι πηγή κοσμικών ακτίνων

Το 2019, δύο μυστηριώδεις σφαιρικές δομές εντοπίστηκαν στον γαλαξία NGC 3079, που βρίσκεται 67 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Οι αστρονόμοι αποκάλυψαν πυρηνικές "υπερφυσαλίδες" πλάτους χιλιάδων ετών φωτός που λειτουργούν σαν επιταχυντές σωματιδίων 100 φορές πιο ισχυροί από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (Large Hadron Collider ή LHC), και είναι περίπου 2.000 φορές μεγαλύτερες, κατά μέσο όρο, από το ηλιακό μας σύστημα.

Οι υπερφυσαλίδες στο γαλαξία NGC 3079 ορίζονται από ακτίνες Χ, οπτικές και ραδιοεκπομπές. Εικόνα: ακτίνες Χ – NASA / CXC / Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν / Li et al; οπτικό – NASA / STScI.

Εκτείνονται σε χιλιάδες έτη φωτός

Οι "φυσαλίδες", σύμφωνα με τη μελέτη με επικεφαλής τον αστρονόμο Jiangtao Li του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, αποτελούνται από σωματίδια υψηλής ενέργειας που εκτείνονται 4.900 έτη φωτός στη μία πλευρά του γαλαξία και 3.600 έτη φωτός στην άλλη. Για να το θέσουμε σε προοπτική, η επιρροή του Ήλιου εκτείνεται για περίπου δύο έτη φωτός.

Οι ακραίες ιδιότητες των υπερφυσαλίδων υποδηλώνουν ότι παράγονται από κατακλυσμικά γεγονότα όπως η γέννηση των αστεριών ή πίδακες που εκπέμπονται από την κεντρική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του γαλαξία. Είναι παρόμοιες με τις υπερφυσαλίδες Fermi εκπομπής ακτίνων γάμμα που προέρχονται από τις κεντρικές περιοχές του Γαλαξία μας. Οι δομές αυτές μπορεί επίσης να είναι πηγή κοσμικών ακτίνων, οι οποίες είναι σωματίδια υψηλής ενέργειας που προέρχονται έξω από το ηλιακό μας σύστημα και χτυπούν συνεχώς την ατμόσφαιρα της Γης.

Μια ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής τον αστρονόμο Jiangtao Li, περιέγραψε τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων και της έρευνάς τους για τις γαλαξιακές φυσαλίδες σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό/ιστότοπο The Astrophysical Journal.

Οι φυσαλίδες αυτές εκπέμπουν φως με τη μορφή ακτίνων Χ, στο ορατό, και ράδιο-εκπομπές (βλ. ηλεκτρομαγνητικό φάσμα) , που τις καθιστούν ανιχνεύσιμες από τα τηλεσκόπια της NASA, όπως αυτά το Διαστημικό Τηλεσκόπιο ακτίνων Χ της NASA Chandra.

Εργοστάσια Κοσμικών Ακτίνων

Νέες παρατηρήσεις από το ΔΤ Chandra του Dr. Li και της ομάδας των ερευνητών του δείχνουν ότι ένας επιταχυντής κοσμικών σωματιδίων παράγει υπερενεργητικά σωματίδια στις άκρες των κοσμικών φυσαλίδων του NGC 3079, παρέχοντας ως εκ τούτου στοιχεία ότι οι φυσαλίδες αυτές –και δομές σαν αυτές– μπορεί να είναι η πηγή "κοσμικών ακτίνων".

Καθώς οι εξωτερικές περιοχές των γαλαξιακών φυσαλίδων διαστέλλονται και συγκρούονται με το περιβάλλον αέριο, οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα φορτισμένα σωματίδια διασκορπίζονται και αναπηδούν από τα μαγνητικά πεδία στα κρουστικά κύματα. Όταν τα σωματίδια διασχίζουν το μέτωπο του κραδασμού από τα κρουστικά κύματα, επιταχύνονται με ενέργειες περίπου 100 φορές ισχυρότερες από αυτές που παράγονται από τον πιο ισχυρό ανθρωπογενή επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο. Μερικά από αυτά τα ενεργειακά σωματίδια μπορεί να διαφύγουν ή και ακόμη να χτυπήσουν την ατμόσφαιρα της Γης με τη μορφή κοσμικών ακτίνων.

Η ποσότητα των ραδιοκυμάτων που παράγονται από μία από τις γαλαξιακές φυσαλίδες υποδηλώνει ότι η πηγή της εκπομπής ακτίνων Χ είναι ηλεκτρόνια που στροβιλίζονται γύρω από τα μαγνητικά πεδία των κρουστικών κυμάτων (shock waves) στο χείλος της φυσαλίδας. Τα ηλεκτρόνια ακτινοβολούνται από μια διαδικασία που ονομάζεται Ακτινοβολία συγχρότρου (synchrotron radiation), και αυτές οι παρατηρήσεις από τον Dr. Li και την ομάδα του παρουσιάζουν την πρώτη άμεση απόδειξη ακτινοβολίας συγχρότρου σε ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας από μια τεράστια γαλαξιακή φυσαλίδα.

Η ράδιο-εκπομπή έχει ανιχνευθεί και στις δύο πλευρές της φυσαλίδας, αλλά η εκπομπή σκληρών ακτίνων Χ ανιχνεύεται μόνο στη Νοτιοδυτική πλευρά. Είναι περίεργο ότι η Βορειοανατολική πλευρά, η οποία είναι πιο φωτεινή σε κάθε άλλο μήκος κύματος (ραδιοκύματα, H-alpha, Μαλακές ακτίνες Χ), δεν ανιχνεύεται στις σκληρές ακτίνες Χ. Δεν έχει γίνει ακόμη κατανοητό γιατί δεν έχει ανιχνευθεί εκπομπή Ακτινοβολίας συγχρότρου από την άλλη φυσαλίδα.

Η τελευταία λέξη

"Διεξάγουμε κάποιες παρατηρήσεις παρακολούθησης πολλαπλών κυματομορφών αυτής της υπερφυσαλίδας, καθώς και κάποιες παρατηρήσεις παρόμοιων αντικειμένων, αλλά τα αποτελέσματα δεν έχουν ακόμη δημοσιευθεί (θα υποβάλουμε σχετικό paper σύντομα)", αναφέρει ο Jiangtao Li σε ένα email στον ιστότοπο The Daily Galaxy. "Τόσο ο AGN* (active energy injection from the supermassive black hole, including but not limited to jet) όσο και η αστρογόνος κατάσταση μπορεί να ευθύνονται για την υπερφυσαλίδα που ανακαλύφθηκε στο γαλαξία NGC3079 (το paper μας του 2019), αλλά δεν είναι σαφές ποια είναι πιο σημαντική", πρόσθεσε.

"Οι υπερφυσαλίδες είναι πολύ σημαντικές στην υψηλής ενέργειας επιτάχυνση Κοσμικών Ακτίνων (CR acceleration)", εξηγεί ο Li. "Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο φυσικό τους μέγεθος, το οποίο είναι πολύ (1 ή 2 τάξεις μεγέθους) μεγαλύτερο από το άλλο μεγάλο εργοστάσιο παραγωγής Κοσμικών Ακτίνων: τα Υπολείμματα υπερκαινοφανών. Όταν το μέγεθος του "εργοστασίου" αυτού είναι μικρό, τα υψηλότερα φορτισμένα σωματίδια ενέργειας (CRs) θα μπορούσαν να διαφύγουν από το "εργοστάσιο" και να μην αποκτήσουν πλέον περισσότερη ενέργεια από τις πηγές ενέργειας. Τα υπολείμματα υπερκαινοφανών πιστεύεται ότι είναι η κύρια πηγή των Κοσμικών Ακτίνων (CR**) που προέρχονται από τον Γαλαξία μας, αλλά δεν μπορούν να παράγουν τις υψηλότερες ενεργειακά ΚΑ που παρατηρούνται έξω από τον Γαλαξία".

Το μυστήριο του Φράγματος Κοσμικών Ακτίνων στο κέντρο του Γαλαξία

Μια ομάδα ερευνητών από την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών στο Nanjing που ερεύνησε έναν χάρτη ραδιενεργών ακτίνων γάμμα —της μορφής φωτός με την υψηλότερη ενέργεια στο σύμπαν, που μπορεί να προκύψει όταν σωματίδια εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας που ονομάζονται κοσμικές ακτίνες συντρίβονται στη συνηθισμένη ύλη— ανακοίνωσε ότι ένα μυστηριώδες φράγμα κοντά στο κέντρο του Γαλαξία μας εμποδίζει μια μεγάλη μερίδα κοσμικών ακτίνων από άλλα μέρη του σύμπαντος να εισέλθει, σύμφωνα με το περιοδικό Nature Communications στις 9 Νοεμβρίου.

Δείτε το σχετικό βίντεο: