Τα πάλσαρ είναι γιγάντιοι μόνιμοι μαγνήτες

Μια αμφιλεγόμενη νέα εξήγηση για τα ισχυρά μαγνητικά πεδία στο εσωτερικό των άστρων νετρονίων θα μπορούσε να λύσει πολλά εκκρεμή προβλήματα στην αστροφυσική.

Τα πάλσαρ είναι από τα πιο εξωτικά αντικείμενα στο Σύμπαν. Αυτά τα αντικείμενα είναι στην πραγματικότητα περιστρεφόμενα άστρα νετρονίων, που εκπέμπουν ακτινοβολία από τους μαγνητικούς πόλους τους. Φαίνονται ότι εκπέμπουν παλμούς, επειδή ο μαγνητικός άξονας τους δεν είναι ευθυγραμμισμένος με τον άξονα περιστροφής, έτσι ώστε ο πόλος χάνεται και εμφανίζεται συνεχώς καθώς το άστρο νετρονίων περιστρέφεται.

Όμως τα πάλσαρ είναι επίσης αινιγματικά. Η συμβατική άποψη που έχουμε είναι ότι το μαγνητικό πεδίο τους προκύπτει από την κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων, καθώς περιστρέφονται. Αυτά τα φορτισμένα σωματίδια θα έπρεπε να συμπεριφέρονται όπως ένα υπερρευστό και γι αυτό θα πρέπει να καταλήξει να ευθυγραμμιστεί με τον άξονα περιστροφής. Αυτό σαφώς δεν συμβαίνει στην περίπτωση των πάλσαρ.

Επιπλέον, αυτά τα είδη των υπερρευστών ρευμάτων είναι πιθανό να είναι εξαιρετικά ασταθή, δημιουργώντας μια ταλάντευση στο μαγνητικό πεδίο. Όμως τα πάλσαρ είναι γνωστά για την απίστευτη σταθερότητα τους. Πώς λοιπόν μπορεί να είναι τόσο σταθερό;

Ένα άλλο πρόβλημα είναι το πώς τα πάλσαρ καταρρέουν με τόσο ισχυρά μαγνητικά πεδία. Η συμβατική άποψη είναι ότι η διαδικασία της κατάρρευσης, κατά τη διάρκεια μιας σουπερνόβα έκρηξης, επικεντρώνεται κατά κάποιο τρόπο στο μαγνητικό πεδίο του αρχικού άστρου. Ωστόσο, ένα άστρο χάνει μεγάλο μέρος του υλικού του, όταν εκρήγνυται ως σουπερνόβα και αυτό μεταφέρει μακριά κατά πάσα πιθανότητα ένα μεγάλο μέρος του μαγνητικού πεδίου του. Αλλά μερικά πάλσαρ έχουν μαγνητικά πεδία της τάξης των 10¹² Tesla, πολύ μεγαλύτερο από ό,τι μπορεί να εξηγηθεί με τη διαδικασία αυτή.

Τελευταία, ο Johan Hansson και η Anna Ponga στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Lulea στη Σουηδία βρήκαν έναν έξυπνο τρόπο για αυτό το αίνιγμα. Επισημαίνουν ότι υπάρχει ένας άλλος τρόπος να σχηματιστούν τα μαγνητικά πεδία, εκτός από την κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων. Η άλλη διαδικασία κατά αυτούς είναι από την ευθυγράμμιση των μαγνητικών πεδίων των συστατικών του σώματος, όπως δηλαδή σχηματίζονται και οι σιδηρομαγνήτες.

Η πρότασή τους είναι ότι όταν σχηματίζεται ένα αστέρι νετρονίων, οι μαγνητικές ροπές του νετρονίου ευθυγραμμίζονται, διότι αυτή είναι η χαμηλότερη κατάσταση ενέργειας των πυρηνικών δυνάμεων μεταξύ αυτών. Όταν λαμβάνει χώρα αυτή η ευθυγράμμιση, παγώνει το ισχυρό μαγνητικό πεδίο τους.

Κι αυτό το γεγονός κάνει τα άστρα νετρονίων γιγάντιους μόνιμους μαγνήτες. Οι Hansson και Ponga τους αποκαλούν νετρομαγνήτες.

Ένας νετρομαγνήτης θα είναι εξαιρετικά σταθερός, ακριβώς όπως κι ένας μόνιμος σιδηρομαγνήτης. Το πεδίο αυτό θα μπορούσε να ευθυγραμμιστεί με το αρχικό πεδίο του άστρου, το οποίο αν και πολύ πιο αδύναμο, λειτουργεί ως ένας σπόρος, όταν σχηματίζεται το πεδίο. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτό δεν χρειάζεται να είναι στην ίδια κατεύθυνση με τον άξονα της περιστροφής (γεγονός που βλέπουμε στα πάλσαρ).

Επιπλέον, δεδομένου ότι όλα τα αστέρια νετρονίων έχουν περίπου την ίδια μάζα, οι Hansson και Ponga μπορεί να υπολογίσουν τη μέγιστη ισχύ των πεδίων που θα έπρεπε να παράγουν. Αυτή η ένταση αποδεικνύεται ότι είναι περίπου 10¹² Tesla, ακριβώς η τιμή που παρατηρήθηκε στα μαγνητικά πεδία γύρω από τα άστρα νετρονίων.

 

Αυτό μας λύνει άμεσα πολλά από τα εκκρεμή αινίγματα για τα πάλσαρ με ένα εξαιρετικά απλό τρόπο.

 

Η θεωρία αυτή είναι και αρκετά ελέγξιμη. Προβλέπει ότι τα άστρα νετρονίων δεν μπορούν να έχουν μαγνητικά πεδία πάνω από 10¹² Tesla. Έτσι η ανακάλυψη ενός άστρου νετρονίων με ένα ισχυρότερο πεδίο αμέσως θα καταστρέψει τη θεωρία των δύο Σουηδών.

Πάντως η ιδέα αυτή εγείρει ορισμένα επίσης ερωτήματα. νετρονίων μαγνητικές ροπές να γίνει ευθυγράμμιση με τον τρόπο Hansson και Ponga προτείνουν. Η απαγορευτική αρχή του Pauli, εκ πρώτης όψεως, φαίνεται να αποκλείει τη δυνατότητα το σπιν των νετρονίων να ευθυγραμμιστεί με αυτό τον τρόπο. Πώς λοιπόν είναι δυνατό να γίνει έτσι όπως λένε οι δύο φυσικοί.

Όμως, οι Hansson και Ponga σημειώνουν πως εργαστηριακά πειράματα δείχνουν ότι το πυρηνικό σπιν μπορεί να διαταχτούν, όπως οι σιδηρομαγνήτες. "Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι η πυρηνική φυσική σε αυτές τις ακραίες συνθήκες και η πυκνότητα δεν είναι γνωστά εκ των προτέρων, έτσι ώστε μπορεί να ισχύουν πολλές απρόσμενες ιδιότητες (όπως ο νετρομαγνητισμός)”, λένε.