Μυστήριες λάμψεις προδίδουν μια κρυμμένη ενέργεια στο Νεφέλωμα του Καρκίνου

Ξεχάστε τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN, το διαστρικό Νεφέλωμα του Καρκίνου έχει χαρακτηριστεί ως ο πιο ισχυρός γνωστός επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο, με ενέργειες 100-πλάσιες εκείνες του LHC. Αλλά το πώς τα σωματίδια σε αυτό το Νεφέλωμα αποκτούν μια ταχύτητα που σπάει όλα τα ρεκόρ, είναι πράγματι ένα μυστήριο.

Ο επιταχυντής που δεν συγκρίνεται με κανένα πάνω στη Γη

Δύο τηλεσκόπια σε τροχιά γύρω από τη Γη αποκάλυψαν ότι το νεφέλωμα, που βρίσκεται 6.500 περίπου έτη φωτός από τη Γη, εκπέμπει σύντομες λαμπρές λάμψεις ακτίνων γάμμα. Αυτές οι λάμψεις το πιο πιθανό είναι να παράγονται από ηλεκτρόνια που έχουν φτάσει σε ταχύτητες ρεκόρ.

“Αυτές οι ενέργειες των σωματιδίων είναι οι υψηλότερες που συναντήσαμε ποτέ σε μια πηγή”, λέει η Elisa Bernardini του ερευνητικό κέντρο DESY στη Γερμανία.

Το εύρημα όμως αυτό μπερδεύει κι άλλο τους αστρονόμους που χρησιμοποιούν το Νεφέλωμα του Καρκίνου ως πρότυπο για τη μέτρηση των μεγάλων αποστάσεων. και για τη βαθμονόμηση των αστρονομικών οργάνων, επειδή στο μεγαλύτερο μέρος του χρόνου εκπέμπει μια σταθερή ροή ακτίνων γάμμα και η ακτινοβολία του τα άλλα μήκη κύματος. Ενώ ξαφνικά εκπέμπει φοβερές μη σταθερές λάμψεις.

Το νεφέλωμα αποτελείται από αέριο και σκόνη τα οποία έχουν απομείνει από μια αστρική έκρηξη (σουπερνόβα) που παρατηρήθηκε από τους Κινέζους αστρονόμους το 1054 μ.Χ.,. Η δε σταθερή φωτεινότητα του πρέπει πιθανά να οφείλεται στο πάλσαρ – ένα νεκρό άστρο νετρονίων που περιστρέφεται ταχύτατα – και το οποίο βρίσκεται στο κέντρο του Νεφελώματος, το οποίο στέλνει ηλεκτρόνια σαν ριπές μέσα στο νεφέλωμα. Τα μαγνητικά πεδία γύρω από το πάλσαρ βοηθούν να περιοριστεί αυτό το ρεύμα των ηλεκτρονίων μέσα στο νεφέλωμα, αλλά και να επιβραδύνουν τα ηλεκτρόνια, αναγκάζοντας τα να εκπέμπουν φως.

Τελευταία, δύο μελέτες δείχνουν πως αυτό το φως δεν είναι τόσο σταθερό όπως προηγουμένως πιστεύαμε. Ο Ιταλικός δορυφόρος AGILE καθώς και το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi των ακτίνων-γ της NASA, έχουν ανιχνεύσει μαζί τρεις φωτεινές εκρήξεις ακτίνων-γ από το Νεφέλωμα του Καρκίνου. Το πιο πρόσφατο ξέσπασμα, το Σεπτέμβριο του 2010, διήρκεσε τέσσερις ημέρες και έκανε το νεφέλωμα να λάμπει με μια εξαπλάσια λαμπρότητα.

Η ομάδα υπολογίζει ότι τα ηλεκτρόνια τα υπεύθυνα για τις εκρήξεις του φωτός πρέπει να είχαν ενέργειες της τάξεως των 1000 TeV ή και περισσότερο ακόμα. Αυτή η ενέργεια είναι περίπου 100-πλάσια αυτής που θα έχουν τα πρωτόνια στο εσωτερικό του LHC – τον ισχυρότερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο – όταν θα φθάσει σε πλήρη ισχύ.

Το πώς όμως το Νεφέλωμα του Καρκίνου επιταχύνει τα σωματίδια σε τόσο υψηλές ενέργειες δεν είναι και πολύ σαφές. Τα μαγνητικά πεδία που βοηθούν στην συγκράτηση των ηλεκτρονίων μέσα στο νεφέλωμα, επίσης, τα αναγκάζουν να διασχίσουν πολλές φορές ένα κρουστικό κύμα το οποίο δημιουργείται όταν τα σωματίδια που εκπέμπονται από το πάλσαρ συγκρούονται με το Νεφέλωμα. Κάθε διέλευση δίνει στα ηλεκτρόνια μία ενεργειακή ώθηση, αλλά αυτή η διαδικασία δεν μπορεί να είναι όλη η ιστορία, διότι τα ίδια πεδία θα κάμψουν επίσης τις τροχιές των ηλεκτρονίων, μειώνοντας έτσι την ενέργειά τους πριν φτάσουν σε ταχύτητες ρεκόρ.

Η μέθοδος αυτή για την επιτάχυνση των σωματιδίων δεν θα λειτουργήσει καλά, επειδή δεν μπορεί να επιταχύνει σωματίδια πολύ γρήγορα, λένε οι ειδικοί. Πρέπει λοιπόν να επικρατεί ένας διαφορετικός μηχανισμός επιτάχυνσης. Αν και δεν είναι ακόμη σαφές τι θα μπορούσε να ταιριάζει με αυτό που βλέπουμε, τα ηλεκτρικά πεδία που δημιουργούνται από το ίδιο το πάλσαρ μπορεί να βοηθήσουν ώστε να επιταχύνουν τα ηλεκτρόνια.

Αν και το Νεφέλωμα του Καρκίνου είναι ο πιο ισχυρός γνωστός κοσμικός επιταχυντής, οι μετρούμενες ενέργειες των φορτισμένων σωματιδίων των κοσμικών ακτίνων, που βομβαρδίζουν τη Γη από το βαθύ διάστημα, δείχνουν ότι υπάρχουν ακόμα πιο ισχυροί επιταχυντές εκεί έξω. Αν καταλάβουμε πως επιταχύνονται τα ηλεκτρόνια στον Καρκίνο θα μπορούσαμε, επίσης, να ρίξουμε φως και στην προέλευση των κοσμικών ακτίνων.

Τις πηγές αυτών των σωματιδίων (στις κοσμικές ακτίνες) είναι αδύνατο να τις εντοπίσουμε, επειδή οι τροχιές τους κάμπτονται από τα μαγνητικά πεδία, καθώς διασχίζουν το διάστημα. Μόνο αν μετρήσουμε πηγές, σαν τον Καρκίνο, θα είμαστε σε θέση να καταλάβουμε τους πιθανούς μηχανισμούς της επιτάχυνσης, πιστεύουν οι αστροφυσικοί.