Priviţi în sus la cerul nopţii... îl vedeţi? Stelele din cosmos mor şi renasc în urma unor explozii magnifice! Nu? Înseamnă că nu priviţi prin „ochii" lui MAXI (Monitor of All-sky X-ray Image), care este montat pe exteriorul modulului Kibo aflat pe Staţia Spaţială Internaţională.
MAXI, împreună cu alte instrumente de observare a cerului, cum ar fi Swift, adună date care îi ajută pe cercetători să descopere, să studieze şi să înţeleagă fizica din spatele ciclului de viaţă al Universului. MAXI a reprezentat subiectul central a două lucrări recente care şi-au partajat rezultatele şi care au constituit un progres în astrofizică.
Această imagine artistică arată sistemul binar MAXI J0158-744 ce este format dintr-o pitică albă (stânga) şi o stea Be (dreapta). Credit: Takuya Ohkawa.
Utilizând această colecţie de instrumente, cercetătorii au privit instantanee de la un dans celest care a avut loc cu mult timp în urmă. Aceste momente explozive şi urmările lor s-au întâmplat cu milioane şi chiar miliarde de ani în urmă, dar ele au devenit vizibile doar recent datorită distanţei faţă pe Pământ. Aceste evenimente cosmice ne învaţă despre trecutul şi viitorul nostru şi despre faptul că avem propria noastră stea de care nu trebuie să uităm, Soarele.
MAXI este administrat de Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) şi acest instrument de observaţie are acces la mediul spaţial. Acest lucru le permite senzorilor de observaţie amplasaţi pe acesta să efectueze o scanare a întregului cer o dată la fiecare orbită efectuată de staţia spaţială în jurul Pământului. Sunt 16 orbite pe zi. Informaţiile obţinute prin scanarea cerului sunt transferate la un centru de date de la Institute of Physical and Chemical Research (RIKEN), o instituţie de cercetare japoneză în care echipa MAXI distribuie datele obţinute pentru ca acestea sa fie studiate de către oamenii de ştiinţă din întreaga lume.
Prima lucrare se concentrează pe un eveniment MAXI descoperit în data de 11 noiembrie 2011, atunci când s-au înregistrat date ale unor radiaţii X rezultate ca urmare a unei explozii de novă. Această explozie a avut loc în sistemul binar format dintr-o pitică albă şi o stea Be. Rezultatele obţinute în urma studiului acestui eveniment au fost publicate în luna decembrie în articolul din The Astrophysical Journal intitulat „Extraordinary Luminous Soft X-Ray Transient MAXI J0158-744 as an Ignition of a Nova on a Very Massive O-Ne White Dwarf". Aceste date au fost utilizate împreună cu cele provenite de la o emisie de raze X denumită MAXI J0158-744 şi care a constituit dovada unei explozii stelare.
Aceste constatări ne ajută să înţelegem cum va arăta Soarele atunci când el va deveni o pitică albă peste aproximativ 5 miliarde de ani. Ele îi ajută, de asemenea, pe cercetători să înveţe mai multe despre originile Universului.
„Unele nove pot fi precursoarele unor supernove de tipul Ia, cele care sunt folosite ca lumânări standard pentru a măsura distanţele cosmice şi în consecinţă expansiunea Universului. Ele au fost utilizate într-o cercetare care a fost premiată cu Premiul Nobel pentru fizică în anul 2011", a spus Mikio Morii, autorul principal al studiului. „J0158 MAXI-744 reprezintă un caz extrem de novă şi el este, prin urmare, foarte util pentru înţelegerea proceselor fizice din exploziile de novă".
O pitică albă este o stea care şi-a pierdut capacitatea de a susţine reacţia de fuziune nucleară, ceea ce înseamnă că ea nu mai posedă resurse energetice. Cu cât este mai mare o pitică albă cu atât este mai mare forţa gravitaţională a acesteia şi presiunea din interiorul ei, ceea ce o face pe aceasta să fie candidatul cel mai probabil pentru o viitoare novă. O stea pitică albă are o gravitaţie mare care îi permite să „împrumute" masă de la obiectele cosmice aflate în apropierea sa, cum ar fi alte stele, precum steaua Be ce a fost observată în MAXI J0158-744. Acest aport suplimentar de masă poate acţiona ca un combustibil ce provoacă declanşarea unei explozii termonucleare pe care astronomii o numesc novă.
„Prezenţa unei stele Be într-o novă este foarte rară. De fapt MAXI J1058-744 este primul sistem de acest fel care a fost descoperit până în prezent şi se cunosc doar câteva sisteme binare care sunt formate dintr-o pitică albă şi o stea Be, dar în cazul acestora nu a fost observată nicio novă", a spus Morii. „Noi credem că luminozitatea mare este cauzată de faptul că pitica albă este mică şi grea, ceea ce înseamnă că gravitaţia de la suprafaţa ei este puternică. Din cauza gravitaţiei sale puternice, doar o cantitate mică de materie este necesară să fie atrasă de la companionul ei pentru ca aceasta să devină suficient de densă şi de fierbinte pentru a aprinde o reacţie termonucleară. Deoarece cantitatea de materie acumulată este suficient de mică, mingea de foc fierbinte a putut fi observată în mod direct.
MAXI a înregistrat datele corespunzătoare exploziei de novă MAXI J0158-744, acestea fiind urmate de observaţiile efectuate de Swift şi Small and Moderate Aperture Research Telescope System (SMARTS) asupra modului de ardere şi a urmelor lăsate de explozia de novă. Novele ca aceasta sunt similare cu explozia unei bombe nucleare şi prin studiul lor ele îi ajută pe cercetători să înţeleagă mai bine fizica din spatele acestor explozii. Pitica albă se află în apropiere de galaxia Micul Nor al lui Magellan, aflată la aproximativ o distanţă de 200.000 de ani-lumină de noi şi care orbitează în jurul galaxiei noastre.
„MAXI J0158-744 a reprezentat un caz extrem de novă şi a furnizat prima observaţie a fazei iniţiale a unei explozii de novă", a spus Morii. „Aceasta va contribui cu siguranţă la înţelegerea novelor. Predicţia novelor este în continuare foarte dificilă, dar noi trebuie să rămânem cu ochii pe sistemele binare de stele, deşi foarte puţine, care sunt similare cu MAXI J0158-744, pentru observarea unor posibile fenomene similare".
Atunci când are loc o explozie de novă cantitatea de masă pierdută de pitica albă variază de la un caz la altul. Steaua poate expulza numai ceea ce ea a acumulat în timp ce a devenit o pitică albă sau ea poate expulza o parte sau toată masa sa proprie. Dacă explozia expulzează întreaga masă a stelei pitice albe, aceasta provoacă distrugerea stelei. În caz contrar ciclul de viaţă al piticei albe continuă şi ea poate deveni din nou o novă pe parcursul a mii sau milioane de ani. În cazul lui MAXI J0158-744, explozia a produs expulzarea unei cantităţi mici de masă. Aceasta a degajat o energie redusă sau raze X „soft" (adică de energie joasă). Aceasta este ceea ce a detectat instrumentul MAXI montat pe staţia spaţială în timp ce monitoriza cerul şi acest lucru a deschis noi domenii de cercetare.
„Până când MAXI a început observarea cerului, nu a existat nicio misiune care să monitorizeze cerul în banda de raze X "soft" cu o cadenţă suficient de mare", a declarat profesorul Nobuyuki Kawai de la Tokyo Institute of Technology, coautor al studiului. „Monitorizarea radiaţiilor X "soft" pentru regiuni întinse ale bolţii cereşti este abia la început. Se aşteaptă noi descoperiri în acest domeniu. În cazul în care o anumită cantitate de energie este prezentă într-un mediu rarefiat din spaţiu, ne aşteptăm să fie emise raze X "soft" în multe dintre aceste cazuri pe baza principiilor fizice fundamentale din spatele acestor procese. De asemenea, emisia de raze X "soft" de multe ori furnizează informaţii importante, deoarece elementele din mediul cosmic îşi marchează propria semnătură caracteristică în spectrul de raze X "soft"".
Cea de-a doua lucrare recentă care relatează o descoperire efectuată de MAXI este intitulată „GRB 130427A: A Nearby Ordinary Monster" şi ea a fost publicată în revista Science în data de 21 noiembrie 2013. De data aceasta subiectul a fost reprezentat de un eveniment rar şi anume de o explozie de radiaţii gama (GRB) care este consecinţa colapsului unei stele masive. Această explozie a avut loc la o distanţă de 3,8 miliarde ani-lumină de noi, adică s-a produs mai aproape decât de obicei.
„Exploziile de radiaţii gama sunt atât de luminoase, încât ele pot fi văzut chiar şi de la o distanţă de 13 miliarde de ani-lumină. Chiar aşa, putem observa o explozie gama care a avut loc cu 13 miliarde de ani în urmă", a declarat Motoko Serino, coautor al studiului. „Din moment ce vârsta Universului este de 13,8 miliarde de ani, putem obţine informaţii despre Univers atunci când acesta era într-o fază incipientă, el având atunci o vârstă de mai puţin de 1 miliard de ani. Prin urmare, exploziile de radiaţii gama sunt utile şi importante pentru a înţelege istoria Universului".
Exploziile de radiaţii gama sunt cele mai energice explozii din Univers. Lumina rezultată în urma acestor evenimente este emisă pe diferite lungimi de undă, cum ar fi cele corespunzătoare razelor X. Acestea pot fi detectate de MAXI şi de alţi senzori ca o dovadă a producerii unor explozii de radiaţii gama. Cercetătorii studiază apoi pe Pământ aceste date corespunzătoare unui spectru larg de frecvente într-un efort de a înţelege mai bine acest fenomen.
MAXI, Swift, alte echipamente de observare de la sol, precum şi telescoapele Faulks şi Liverpool au obţinut informaţii despre GRB 130427A, contribuind prin aceasta la rezultatele evidenţiate în lucrare. Datele de la MAXI au reprezentat, în special, o dovadă pentru reducerea constante a emisiilor de raze X aşa cum s-a observat în măsurătorile efectuate de Swift asupra luminii generate de acest eveniment cosmic. Această explozie a fost, de asemenea, unică prin faptul că ea a fost foarte luminoasă şi ea a avut caracteristici prin care cercetătorii au ajuns la concluzia că razele gama de-a lungul timpului sunt generate de o cauză comună.
„Nu ştim exact ce este [această cauză comună]", a spus Serino. „Într-o teorie este vorba despre o gaură neagră nou formată care se roteşte sau într-o altă teorie este vorba despre o stea neutronică nou formată care se roteşte rapid. Faptul că evenimentul GRB 130427A a fost intrinsec puternic, a avut loc în vecinătatea noastră şi a avut aceleaşi proprietăţi cu exploziile obişnuite de raze gama care se produc la distanţe mai mari sugerează că toate acestea au o cauză comună".
Descoperirile anterioare ale lui MAXI includ razele X provenite de la explozia de novă din anul 2010 care a apărut în constelaţia Ophiuchus. Ochiul vigilent al lui MAXI va continua să-i ajute pe cercetători să observe dansul cosmic al vieţii şi morţii stelelor, o performanţă care aruncă lumină asupra secretelor Universului.
Traducere de Cristian-George Podariu după space-station-maxi-mizing-universe, cu acordul Phys.org.
