Σας ενημερώνουμε για τη δημοσίευση στην επιθεώρηση Nature Astronomy στις 12 Οκτωβρίου 2020 του άρθρου με τίτλο “Η αναγκαιότητα των ισχυρών τοροειδών πεδίων για την εκπομπή ακτίνων Χ από τα magnetar που βρίσκονται σε κατάσταση ηρεμίας” (Strong toroidal magnetic fields required by quiescent X-ray emission of magnetars) από τη συγγραφική ομάδα των Andrei Igoshev, Rainer Hollerbach, από το Πανεπιστήμιο του Leeds, Toby Wood, από το Πανεπιστήμιο του Newcastle και Κωνσταντίνο Ν. Γουργουλιάτο, από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών https://www.nature.com/articles/s41550-020-01220-z

Η έρευνα παρουσιάζει τα αποτελέσματα 3-διάστατων προσομοιώσεων της εξέλιξης του μαγνητικού πεδίου και της θερμοκρασίας στο φλοιό ισχυρά μαγνητισμένων αστεριών νετρονίων. Αποδεικνύει ότι είναι εφικτός ο σχηματισμός περιοχών με ισχυρό μαγνητικό πεδίο και υψηλή θερμοκρασία. Οι περιοχές αυτές είναι θερμότερες κατά ένα εκατομμύριο βαθμούς Κελσίου από γειτονικές τους στην επιφάνεια του αστεριού. Η μελέτη αυτή ερμηνεύει με επιτυχία τους παρατηρούμενους παλμούς που προέρχονται από αυτά τα αστέρια. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση υπερυπολογιστών DiRAC που χρηματοδοτούνται από το Συμβούλιο Χρηματοδότησης Επιστήμης και Τεχνολογίας του Ηνωμένου Βασιλείου.

Αναλυτικότερα:

Μοντελοποίηση των εξαιρετικά ισχυρών μαγνητικών πεδίων και της θερμοκρασίας των αστεριών νετρονίων 

 

Μια νέα έρευνα που βοηθά στην κατανόηση ενός από τα μεγάλα ερωτήματα που έχουν προβληματίσει τους αστροφυσικούς τα τελευταία 30 χρόνια – τι προκαλεί τη μεταβαλλόμενη φωτεινότητα των απομακρυσμένων αστεριών νετρονίων που ονομάζονται magnetars, δημοσιεύεται σήμερα 12 Οκτωβρίου στο Περιοδικό Nature Astronomy. Την έρευνα υπογράφουν οι Andrei Igoshev, Rainer Hollerbach, από το Πανεπιστήμιο του Leeds, Toby Wood, από το Πανεπιστήμιο του Newcastle και Κωνσταντίνος Ν. Γουργουλιάτος, από το Πανεπιστήμιο Πατρών.

Τα magnetars σχηματίστηκαν μετά από εκρήξεις υπερκαινοφανών και έχουν εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία, εκατοντάδες τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερα από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Το μαγνητικό πεδίο των magnetars παράγει έντονη θερμότητα με αποτέλεσμα να λάμπουν στις ακτίνες Χ. Είναι τόσο ισχυρό που επηρεάζει επίσης τις φυσικές ιδιότητες της ύλης, κυρίως τον τρόπο με τον οποίο η θερμότητα διαδίδεται μέσω του φλοιού του αστεριού προς την επιφάνειά του.

Μια ομάδα επιστημόνων, με επικεφαλής τον Δρ Andrei Igoshev στο Πανεπιστήμιο του Λιντς, και με τη συμμετοχή του Κωνσταντίνου Γουργουλιάτου Επίκουρου Καθηγητή του Τμήματος Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Πατρών, έχει αναπτύξει ένα μαθηματικό μοντέλο που προσομοιώνει τον τρόπο με τον οποίο το μαγνητικό πεδίο μεταβάλει τη διάδοση της θερμότητας που κατανέμεται ανομοιόμορφα και δημιουργεί θερμότερες και ψυχρότερες περιοχές. Σε αυτές τις περιοχές η θερμοκρασία μπορεί να μεταβάλλεται κατά ένα εκατομμύριο βαθμούς Κελσίου πάνω στην επιφάνεια του αστεριού.

Αυτές οι θερμότερες και ψυχρότερες περιοχές εκπέμπουν ακτίνες Χ με διαφορετική ένταση – και αυτή η διακύμανση στην ένταση των ακτίνων Χ που παρατηρείται ως μεταβαλλόμενη φωτεινότητα έχει προβληματίσει τους επιστήμονες.

Ο Δρ Igoshev, από το Πανεπιστήμιο του Leeds, αναφέρει: “Βλέπουμε αυτό το σταθερό μοτίβο ζεστών και κρύων περιοχών. Το μοντέλο μας προβλέπει το μέγεθος, τη θέση και τη θερμοκρασία αυτών των περιοχών – και με αυτόν τον τρόπο, βοηθά στην εξήγηση των δεδομένων που συλλαμβάνονται από δορυφορικά τηλεσκόπια για αρκετές δεκαετίες και τα οποία παρέμεναν ένα δυσεπίλυτο παζλ για τους αστρονόμους. Η έρευνά μας περιλαμβάνει τη διατύπωση των μαθηματικών εξισώσεων που περιγράφουν πώς συμπεριφέρεται το μαγνητικό πεδίο και η κατανομή θερμότητας υπό τις ακραίες συνθήκες που υπάρχουν σε αυτά τα αστέρια. Η διατύπωση αυτών των εξισώσεων χρειάστηκε χρόνο. Η μεγάλη πρόκληση ήταν η συγγραφή του κώδικα στον υπολογιστή για να λύσουμε τις εξισώσεις – χρειάστηκαν περισσότερα από τρία χρόνια. Μόλις γράψαμε τον κώδικα, στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε υπερυπολογιστή για την επίλυση της εξίσωσης, που μας επέτρεψε να χρησιμοποιήσουμε το προγνωστικό μας μοντέλο.” Η ομάδα χρησιμοποίησε τις εγκαταστάσεις υπερυπολογιστών DiRAC που χρηματοδοτούνται από το Συμβούλιο Χρηματοδότησης Επιστήμης και Τεχνολογίας του Ηνωμένου Βασιλείου.

Οι προβλέψεις του μοντέλου που αναπτύχθηκε αντιπαραβλήθηκαν με τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από διαστημικά παρατηρητήρια. Το συγκεκριμένο μοντέλο περιγράφει με ακρίβεια τις παρατηρήσεις σε 10 από τις 19 περιπτώσεις magnetar.

Ο Δρ Γουργουλιάτος από το Πανεπιστήμιο Πατρών σημειώνει ότι “Αυτή η μελέτη είναι ένα μεγάλο βήμα στην κατανόηση της σύζευξης της μαγνητικής και θερμικής εξέλιξης των αστεριών νετρονίων και θα ανοίξει νέους ορίζοντες στην έρευνα αυτών των αντικειμένων”.

Τα magnetar που μελετήθηκαν στο πλαίσιο της συγκεκριμένης έρευνας βρίσκονται στον Γαλαξία μας και η τυπική τους απόσταση είναι 15 χιλιάδες έτη φωτός από τη Γη.

Η εικόνες δείχνουν τις θερμότερες (κίτρινες) και ψυχρότερες (μωβ) περιοχές των ισχυρά μαγνητισμένων αστεριών νετρονίων σύμφωνα με την προσομοίωση.