Τα φασματικά μοντέλα αστροφυσικών αντικειμένων μπορεί να διορθωθούν από νέες μετρήσεις εκπομπών ακτίνων-Χ

Το Παρατηρητήριο ακτίνων-Χ Chandra της NASA και άλλα διαστημικά τηλεσκόπια, ανιχνεύουν ακτινοβολία που εκπέμπεται από θερμό αστροφυσικό πλάσμα που εντοπίζεται σε υπερκαινοφανείς ή γαλαξιακά σμήνη. Μερικές από τις ισχυρότερες γραμμές εκπομπών ακτίνων-Χ προέρχονται από ένα έντονα ιονισμένο είδος σιδήρου που συμβολίζεται Fe XVII, του οποίου τις δυο ισχυρότερες φασματικές γραμμές χρησιμοποιούν οι αστροφυσικοί για να προσδιορίσουν τη θερμοκρασία, τη πυκνότητα και άλλες συνθήκες του πλάσματος.

Για δεκαετίες, ωστόσο, ο μετρούμενος λόγος της έντασης αυτών των γραμμών είναι σε ασυμφωνία με τα θεωρητικά μοντέλα. Σε ένα βήμα προς την κατεύθυνση επίλυσης αυτής της ασυμφωνίας, ο Steffen Kühn στο Ινστιτούτο Max Planck για την Πυρηνική Φυσική, στη Γερμανία, ο Chintan Shah στο Κέντρο Goddard της NASA, στο Maryland και οι συνεργάτες τους μέτρησαν την ενέργεια και την ένταση των φασματικών γραμμών που εκπέμπονται από τον Fe XVII με 10 φορές υψηλότερη φασματική ευκρίνεια από ότι οι προηγούμενες προσπάθειες. Οι μετρήσεις τους ακόμη διαφέρουν σημαντικά από τις θεωρητικές προβλέψεις, παρέχοντας την πεποίθηση ότι τα μοντέλα, και όχι τα πειράματα, χρειάζονται αναθεώρηση.

Η ομάδα χρησιμοποίησε ιοντική παγίδα δέσμης ηλεκτρονίων για να δημιουργήσει Fe XVII. Στη συνέχεια μέλη της ομάδας ακτινοβόλησαν τα ιόντα με πολωμένα φωτόνια, αναγκάζοντας τα ιόντα να εκπέμψουν ακτίνες-Χ, που κατέγραψαν χρησιμοποιώντας τρεις μεθόδους. Κάθε μέθοδος αποκάλυψε τις εντάσεις των δυο βασικών γραμμών του Fe XVII. Λαμβάνοντας σταθμισμένο μέσο όρο της έντασης κάθε γραμμής, η ομάδα βρήκε ένα λόγο σήματος 3,09. Η τιμή αυτή υποστηρίζει πολλές πρώιμες αστροφυσικές και εργαστηριακές παρατηρήσεις. Ωστόσο, η τιμή αποκλίνει ακόμη κατά 5 τυπικές αποκλίσεις από τις θεωρητικές προβλέψεις των αστροφυσικών φασματικών εκπομπών.

Μέχρι να επιλυθεί αυτή η ασυμφωνία, η τιμή της ομάδας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να διορθωθούν εμπειρικά τα φασματικά μοντέλα των αστροφυσικών παρατηρήσεων και να αναθεωρηθούν εκτιμήσεις αναταραχών και αδιαφανειών του πλάσματος. Για παράδειγμα, η αποστολή απεικόνισης ακτίνων-Χ XRISM, μια κοινή προσπάθεια ΗΠΑ και Ιαπωνίας που προγραμματίζεται για το 2022, θα απαιτήσει βελτίωση των εργαλείων φασματικής μοντελοποίησης για να μεγιστοποιηθεί το επιστημονικό αποτέλεσμα. Οι νέες μετρήσεις θα μπορούσαν να βοηθήσουν για τα εργαλεία αυτά.