Μια νέα επιστημονική μελέτη προτείνει ότι εξαιρετικά ισχυρά κρουστικά κύματα πλάσματος, γνωστά ως «monster shocks», ενδέχεται να αποτελούν την εξήγηση για τα fast radio bursts (FRBs), τα μυστηριώδη ραδιοκύματα μικρής διάρκειας που καταγράφονται από το διάστημα.
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν τις πρώτες συνολικές προσομοιώσεις τέτοιων φαινομένων, δείχνοντας πώς μπορούν να σχηματιστούν μέσα στα έντονα μαγνητικά πεδία magnetars.
Τι είναι οι magnetars
Οι magnetars είναι νεαρά αστέρια νετρονίων με εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία, που φτάνουν έως περίπου 10¹⁵ gauss στην επιφάνειά τους. Παράγουν έντονη ακτινοβολία Χ και θεωρούνται βασικοί υποψήφιοι για την προέλευση των FRBs, ειδικά μετά την παρατήρηση ταυτόχρονης έκρηξης ακτίνων Χ και ραδιοκυμάτων από τον magnetar SGR 1935+2154 το 2020.
Πώς δημιουργούνται τα «monster shocks»
Τα ισχυρά κύματα πλάσματος που παράγονται από σεισμούς άστρων ή μετατοπίσεις του φλοιού ενός magnetar μπορούν να εξελιχθούν σε εξαιρετικά ισχυρά κρουστικά κύματα. Καθώς τα κύματα αυτά απομακρύνονται, το μαγνητικό πεδίο μειώνεται ταχύτερα από το πλάτος του κύματος, οδηγώντας σε δραματική ενίσχυση της σχετικής έντασης. Έτσι δημιουργούνται τα «monster shocks», που επιταχύνουν σωματίδια σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες και παράγουν συνεκτική ραδιοεκπομπή.
Οι πρώτες ρεαλιστικές προσομοιώσεις
Η νέα έρευνα χρησιμοποίησε δισδιάστατες προσομοιώσεις particle-in-cell σε ρεαλιστική μαγνητόσφαιρα dipole. Οι επιστήμονες κατάφεραν να καταγράψουν τόσο τη μεγάλη κλίμακα της μαγνητόσφαιρας όσο και τη μικροσκοπική φυσική του πλάσματος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το πλάσμα μπορεί να επιταχυνθεί σε υπερσχετικιστικές ταχύτητες και ότι η εκπομπή ραδιοκυμάτων περιορίζεται κυρίως κοντά στον μαγνητικό ισημερινό.
Σύνδεση με πραγματικές παρατηρήσεις
Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι για τυπικές συνθήκες magnetar η ραδιοεκπομπή θα κορυφώνεται περίπου στα 0,22 GHz, με διάρκεια περίπου 0,5 millisecond. Οι τιμές αυτές συμφωνούν με παρατηρήσεις FRBs, ενώ ειδικά για τον magnetar SGR 1935+2154 η προβλεπόμενη συχνότητα κοντά στα 1,4 GHz ταιριάζει με πραγματικές καταγραφές.
Προκλήσεις και επόμενα βήματα
Παρά τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα, παραμένουν ερωτήματα σχετικά με το αν οι εκπομπές αυτές μπορούν πάντα να διαφύγουν από τη μαγνητόσφαιρα. Οι ερευνητές θεωρούν απαραίτητες μεγαλύτερες προσομοιώσεις για να κατανοηθεί η μακροχρόνια εξέλιξη των κρουστικών κυμάτων και η εκπομπή τους, καθώς και η πιθανή σύνδεσή τους με εκρήξεις ακτίνων Χ και γάμμα από magnetars.
