Μιλτιάδης Μιχαηλίδης.

[Δροσος Γεωργιος]

Δρ. Μιλτιάδης Μιχαηλίδης στη «Ν»: Το Σύμπαν εξακολουθεί να μας επιφυλάσσει εκπλήξεις.

Ο Έλληνας επιστήμονας εντόπισε για πρώτη φορά μια δυαδική έκρηξη σουπερνόβα και εξηγεί τι σηματοδοτεί αυτή η ανακάλυψη.

Για πρώτη φορά επιστήμονες εντόπισαν ένα δυαδικό αστρικό σύστημα παρόμοιο με τους δύο Ήλιους του πλανήτη Τατούιν στο κινηματογραφικό έπος του «Star Wars», ένα σύστημα στο οποίο και τα δύο άστρα φαίνεται ότι εξερράγησαν ως υπερκαινοφανείς.

Ο επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας Δρ. Μιλτιάδης Μιχαηλίδης* εξηγεί στο Naftemporiki.gr τι είναι τα δυαδικά σουπερνόβα και γιατί η ανακάλυψη τους έχει ιδιαίτερη σημασία για τη μελέτη των μηχανισμών του Σύμπαντος.

Πώς φτάσατε στην ανακάλυψη αυτή; Είχατε ενδείξεις για αυτό το φαινόμενο στο συγκεκριμένο νεφέλωμα ή η ανακάλυψη προέκυψε από τη μελέτη που πραγματοποιούσατε σε αυτό;

Η ανακάλυψη δεν ήταν κάτι που αναζητούσαμε εξαρχής. Στην πραγματικότητα, προέκυψε σταδιακά μέσα από μια πολυετή μελέτη του συγκεκριμένου αντικειμένου. Αρχικός μας στόχος ήταν να κατανοήσουμε τη φύση μιας πολύ αμυδρής δομής, η οποία βρισκόταν δίπλα στο πολύ φωτεινότερο υπόλειμμα σουπερνόβα IC 443 και είχε παραμείνει ουσιαστικά «κρυμμένη» εξαιτίας της έντονης εκπομπής του.Για τον σκοπό αυτό αξιοποιήσαμε περισσότερα από 16 χρόνια παρατηρήσεων από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γ της NASA (Fermi-LAT), σε συνδυασμό με παρατηρήσεις σε ακτίνες Χ, υπεριώδες, οπτικό και ραδιοφωνικό φάσμα. Η πολυμηκική αυτή προσέγγιση μάς επέτρεψε να μελετήσουμε το αντικείμενο με πρωτοφανή λεπτομέρεια.Καθώς προχωρούσε η ανάλυση, διαπιστώσαμε ότι το νέο υπόλειμμα δεν ήταν απλώς ένα ακόμη απομονωμένο αντικείμενο. Αντίθετα, υπήρχαν συνεχώς περισσότερες ενδείξεις ότι συνδεόταν φυσικά με το IC 443. Το σημείο καμπής της έρευνας ήρθε όταν διαπιστώσαμε, μέσα από την ανάλυση των ακτίνων γ, ότι τα δύο υπολείμματα σουπερνόβα αλληλεπιδρούν με το ίδιο μοριακό νέφος. Αυτό ήταν ένα εξαιρετικά σημαντικό εύρημα, καθώς σήμαινε ότι δεν πρόκειται απλώς για δύο αντικείμενα που φαίνονται να βρίσκονται κοντά στον ουρανό, αλλά ότι μοιράζονται το ίδιο φυσικό περιβάλλον και επομένως βρίσκονται στην ίδια απόσταση από τη Γη. Δεδομένου ότι τα δύο υπολείμματα αλληλοεπικαλύπτονται στον ουρανό, η διαπίστωση αυτή μάς οδήγησε στην αναγνώριση του πρώτου γνωστού συστήματος δύο επικαλυπτόμενων υπολειμμάτων σουπερνόβα που βρίσκονται στο ίδιο φυσικό περιβάλλον.Εκεί ήταν που αρχίσαμε να συνειδητοποιούμε ότι ίσως δεν είχαμε μπροστά μας δύο ανεξάρτητα υπολείμματα σουπερνόβα, αλλά τα απομεινάρια δύο άστρων που κάποτε αποτελούσαν ένα δυαδικό σύστημα. Ήταν μια υπόθεση ιδιαίτερα τολμηρή, γι’ αυτό και έπρεπε να ελεγχθεί με μεγάλη προσοχή. Για να απαντήσουμε σε αυτό, χρησιμοποιήσαμε μοντέλα εξέλιξης δυαδικών αστέρων και πραγματοποιήσαμε ανεξάρτητη στατιστική ανάλυση. Και οι δύο προσεγγίσεις κατέληξαν στο ίδιο συμπέρασμα: η πιθανότητα να πρόκειται για μια τυχαία ευθυγράμμιση είναι μόλις περίπου 0,1%, γεγονός που καθιστά ιδιαίτερα ισχυρή την ερμηνεία ότι πρόκειται για το πρώτο γνωστό παράδειγμα δύο διαδοχικών εκρήξεων σουπερνόβα σε ένα δυαδικό αστρικό σύστημα.Εκεί καταλάβαμε ότι η ανακάλυψη ξεπερνούσε κατά πολύ τον εντοπισμό ενός ακόμη υπολείμματος σουπερνόβα. Όλα τα ανεξάρτητα στοιχεία άρχισαν να συγκλίνουν προς την ίδια ερμηνεία, ότι πιθανότατα παρατηρούμε για πρώτη φορά τα αποτυπώματα δύο διαδοχικών εκρήξεων σουπερνόβα που σημειώθηκαν σε ένα δυαδικό αστρικό σύστημα.Νομίζω ότι αυτή είναι και η ομορφιά της επιστημονικής έρευνας. Οι σημαντικές ανακαλύψεις σπάνια προκύπτουν από μία και μόνο εντυπωσιακή παρατήρηση. Συνήθως γεννιούνται όταν πολλά ανεξάρτητα στοιχεία, που αρχικά μοιάζουν ασύνδετα, ενώνονται σταδιακά σαν κομμάτια ενός παζλ και αποκαλύπτουν μια εντελώς νέα εικόνα για το Σύμπαν.

Είναι η πρώτη φορά που εντοπίζεται δυαδική έκρηξη σουπερνόβα. Είναι τόσο σπάνιο φαινόμενο στο Σύμπαν ή μήπως η επιστημονική κοινότητα δεν δείχνει μεγάλο ενδιαφέρον ή ίσως δεν διαθέτει τα απαραίτητα τεχνικά μέσα για τον εντοπισμό του;

Υπάρχουν πολλοί λόγοι που κάνουν τέτοια συστήματα εξαιρετικά σπάνια. Πρώτα απ’ όλα, τα υπολείμματα σουπερνόβα δεν παραμένουν ορατά για πάντα. Μετά από μερικές δεκάδες χιλιάδες χρόνια εξασθενούν και τελικά συγχωνεύονται με το μεσοαστρικό μέσο. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μόνο ένα σχετικά σύντομο χρονικό παράθυρο κατά το οποίο και τα δύο υπολείμματα μπορούν να παρατηρηθούν ταυτόχρονα.Ταυτόχρονα, οι δύο εκρήξεις πρέπει να έχουν συμβεί ούτε πολύ κοντά ούτε πολύ μακριά, τόσο χρονικά όσο και χωρικά. Αν οι αστέρες εκραγούν σχεδόν ταυτόχρονα ή πολύ κοντά ο ένας στον άλλο, τα δύο υπολείμματα μπορεί να συγχωνευθούν και να φαίνονται ως ένα. Αντίθετα, αν οι εκρήξεις απέχουν πολύ μεταξύ τους, τα υπολείμματα ενδέχεται να μη συνδεθούν ποτέ παρατηρησιακά ως μέλη του ίδιου συστήματος.Η σπανιότητα, όμως, ξεκινά πολύ νωρίτερα, όσο οι δύο αστέρες βρίσκονται ακόμη στη ζωή. Τα περισσότερα μαζικά άστρα γεννιούνται σε δυαδικά συστήματα και αλληλεπιδρούν έντονα, ανταλλάσσοντας μάζα και επηρεάζοντας την εξέλιξη το ένα του άλλου. Όταν εκραγεί ο πρώτος αστέρας, η έκρηξη μπορεί να διαλύσει εντελώς το δυαδικό σύστημα ή να μεταβάλει σημαντικά την εξέλιξη του συνοδού του, επηρεάζοντας ακόμη και το πότε ή με ποιον τρόπο θα εκραγεί και εκείνοςΈτσι, παρότι γνωρίζουμε ότι η πλειονότητα των μαζικών άστρων γεννιέται σε δυαδικά ή πολλαπλά συστήματα, δεν γνωρίζουμε πόσα από αυτά καταλήγουν να δημιουργήσουν δύο διακριτά και ταυτόχρονα παρατηρήσιμα υπολείμματα σουπερνόβα.Αυτός ο συνδυασμός εξελικτικών και παρατηρησιακών περιορισμών είναι που καθιστά τέτοια συστήματα εξαιρετικά σπάνια. Και ακριβώς γι’ αυτό είναι τόσο πολύτιμα: μας προσφέρουν μια μοναδική ευκαιρία να μελετήσουμε ολόκληρη την εξέλιξη ενός μαζικού δυαδικού συστήματος και να ανακατασκευάσουμε σχεδόν ολόκληρη την εξελικτική πορεία ενός μαζικού δυαδικού συστήματος: από τη γέννηση των δύο άστρων και τις αλληλεπιδράσεις τους, μέχρι τις δύο διαδοχικές εκρήξεις σουπερνόβα και την εξέλιξη των υπολειμμάτων που άφησαν πίσω τους.Υπάρχει όμως και μία σημαντική παρατηρησιακή δυσκολία. Για τα περισσότερα υπολείμματα σουπερνόβα οι αποστάσεις τους παραμένουν αρκετά αβέβαιες. Έτσι, δύο υπολείμματα μπορεί να φαίνονται γειτονικά στον ουρανό, ενώ στην πραγματικότητα να βρίσκονται σε εντελώς διαφορετικές αποστάσεις και να μην έχουν καμία φυσική σχέση μεταξύ τους. Στη δική μας περίπτωση, η ανακάλυψη ότι και τα δύο υπολείμματα αλληλεπιδρούν με το ίδιο μοριακό νέφος αποτελεί μια ιδιαίτερα ισχυρή ένδειξη ότι βρίσκονται στην ίδια φυσική απόσταση. Αυτό μας επιτρέπει, με πολύ μεγαλύτερη βεβαιότητα από ό,τι συνήθως είναι δυνατό, να τα αντιμετωπίσουμε ως ένα ενιαίο φυσικό σύστημα και να διερευνήσουμε αν πράγματι αποτελούν τα απομεινάρια ενός αρχικού δυαδικού συστήματος.Ως επιστήμονες, έχουμε την ευθύνη να αντιμετωπίζουμε με σκεπτικισμό ακόμη και τις δικές μας υποθέσεις. Αντί να αναζητούμε στοιχεία που τις επιβεβαιώνουν, προσπαθούμε διαρκώς να τις θέσουμε σε δοκιμασία, εξετάζοντας αν υπάρχουν εναλλακτικές ερμηνείες που μπορούν να εξηγήσουν καλύτερα τα δεδομένα. Στη δική μας περίπτωση δεν υπάρχει ένα μοναδικό «smoking gun». Εκείνο που μας δίνει εμπιστοσύνη στο συμπέρασμά μας είναι ότι μια πληθώρα ανεξάρτητων ενδείξεων συγκλίνουν όλες προς την ίδια ερμηνεία. Καμία εναλλακτική υπόθεση δεν έχει καταφέρει να εξηγήσει με την ίδια συνέπεια το σύνολο των παρατηρήσεων.Δεν θεωρώ ότι η έλλειψη παρόμοιων ανακαλύψεων οφείλεται σε έλλειψη επιστημονικού ενδιαφέροντος. Αντιθέτως, η εξέλιξη των μαζικών δυαδικών αστέρων αποτελεί εδώ και δεκαετίες ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της αστροφυσικής. Το πραγματικό εμπόδιο είναι ότι μέχρι πρόσφατα δεν διαθέταμε ούτε τα απαραίτητα δεδομένα ούτε τα κατάλληλα εργαλεία ανάλυσης για να εξετάσουμε τέτοιες περιπτώσεις με την απαιτούμενη ακρίβεια. Η δική μας μελέτη βασίστηκε σε περισσότερα από δεκαέξι χρόνια παρατηρήσεων (βελτιωμένη στατιστική δεδομένων) του διαστημικού τηλεσκοπίου Fermi της NASA, σε συνδυασμό με δεδομένα ακτίνων Χ (συλλέχθηκαν πολύ πρόσφατα, 2019-2021), ραδιοκυμάτων, υπεριώδους και οπτικού φωτός.Μόνο η σύνθεση όλων αυτών των ανεξάρτητων παρατηρήσεων μάς επέτρεψε να αποκαλύψουμε τη φυσική σύνδεση των δύο υπολειμμάτων και να τεκμηριώσουμε την υπόθεση ότι αποτελούν το πρώτο γνωστό υποψήφιο δυαδικό σύστημα υπολειμμάτων σουπερνόβα. Πιστεύω ότι ένας ακόμη σημαντικός λόγος είναι πως η αναγνώριση ενός τέτοιου συστήματος απαιτεί εξαιρετικά προσεκτική και σε βάθος μελέτη. Δεν αρκεί μία ενδιαφέρουσα παρατήρηση ή μία εικόνα που δείχνει δύο γειτονικά υπολείμματα. Χρειάζεται να συγκεντρωθούν και να αξιολογηθούν πολλές ανεξάρτητες ενδείξεις, να εξεταστούν συστηματικά όλες οι εναλλακτικές εξηγήσεις και να αποκλειστεί, όσο αυτό είναι δυνατό, το ενδεχόμενο μιας τυχαίας σύμπτωσης. Πρόκειται για μια ιδιαίτερα απαιτητική διαδικασία, που χρειάζεται χρόνο, μεγάλο όγκο δεδομένων και πολύ προσεκτική ανάλυση.

Τι σηματοδοτεί η ανακάλυψη αυτή;

Ίσως το σημαντικότερο μήνυμα αυτής της ανακάλυψης είναι ότι το Σύμπαν εξακολουθεί να μας επιφυλάσσει εκπλήξεις. Το IC 443 είναι ένα από τα πιο μελετημένα υπολείμματα σουπερνόβα και μία από τις λαμπρότερες πηγές ακτίνων γ στον ουρανό. Κι όμως, δίπλα του παρέμενε κρυμμένο ένα δεύτερο, πολύ ασθενέστερο υπόλειμμα, το οποίο αναγνωρίστηκε μόλις τώρα. Αυτό μας υπενθυμίζει ότι ακόμη και περιοχές που θεωρούμε πως γνωρίζουμε πολύ καλά μπορούν να αποκαλύψουν θεμελιώδεις νέες ανακαλύψεις, όταν συνδυάζουμε πολυετείς παρατηρήσεις, δεδομένα από διαφορετικά μήκη κύματος και νέες μεθόδους ανάλυσης.Η ανακάλυψη αυτή αναδεικνύει επίσης τη μοναδική αξία μακροχρόνιων διαστημικών αποστολών, όπως το τηλεσκόπιο ακτίνων γ Fermi της NASA, το οποίο παρακολουθεί συνεχώς ολόκληρο τον ουρανό εδώ και περισσότερα από δεκαεπτά χρόνια. Χωρίς αυτή τη μακρόχρονη και συστηματική παρακολούθηση, ένα τόσο ασθενές και εκτεταμένο αντικείμενο πιθανότατα θα παρέμενε αόρατο.Πέρα όμως από την ίδια την ανακάλυψη, το μεγαλύτερο επιστημονικό της όφελος είναι ότι μας δίνει για πρώτη φορά την ευκαιρία να ανασυνθέσουμε σχεδόν ολόκληρη την εξελικτική ιστορία ενός μαζικού δυαδικού συστήματος: από τη γέννηση των δύο άστρων και τις αλληλεπιδράσεις τους, μέχρι τις δύο διαδοχικές εκρήξεις σουπερνόβα και τα υπολείμματα που άφησαν πίσω τους. Μακροπρόθεσμα, τέτοιες μελέτες μας φέρνουν πιο κοντά σε έναν από τους θεμελιώδεις στόχους της αστροφυσικής: να μετατρέψουμε τη μελέτη της εξέλιξης των μαζικών δυαδικών αστέρων από μια περιγραφική επιστήμη σε μια πραγματικά προβλεπτική επιστήμη, όπου οι αρχικές ιδιότητες ενός συστήματος καθορίζουν με αξιοπιστία ολόκληρη τη μετέπειτα εξέλιξή του — πότε και πώς θα εκραγούν ως σουπερνόβα, αν θα σχηματίσουν αστέρες νετρονίων ή μαύρες τρύπες και ποια υπολείμματα θα αφήσουν πίσω τους.

Ποιοι νέοι δρόμοι για την αστρονομία και την επιστήμη γενικότερα ανοίγονται;

Από όσο γνωρίζουμε, πρόκειται για το πρώτο και, μέχρι σήμερα, το μοναδικό γνωστό υποψήφιο σύστημα στο οποίο δύο παρατηρήσιμα υπολείμματα σουπερνόβα φαίνεται να προέρχονται από τα δύο μέλη του ίδιου μαζικού δυαδικού συστήματος. Χρησιμοποιούμε συνειδητά τον όρο «υποψήφιο σύστημα» για λόγους επιστημονικής αυστηρότητας. Ωστόσο, πολλές ανεξάρτητες γραμμές αποδείξεων — η μορφολογία των δύο υπολειμμάτων, οι φυσικές τους ιδιότητες, το κοινό περιβάλλον τους, καθώς και οι θεωρητικές προσομοιώσεις και οι στατιστικές αναλύσεις — συγκλίνουν όλες στην ίδια ερμηνεία. Η πιθανότητα να πρόκειται για μια απλή τυχαία ευθυγράμμιση είναι μόλις περίπου 0,1%.Βάση αυτής της ανακάλυψης, για πρώτη φορά θα διαθέτουμε ένα μοναδικό φυσικό εργαστήριο για τη μελέτη της πλήρους εξέλιξης ενός μαζικού δυαδικού συστήματος. Μέχρι σήμερα, οι περισσότερες γνώσεις μας για τέτοια συστήματα βασίζονταν κυρίως σε θεωρητικά μοντέλα και αριθμητικές προσομοιώσεις. Το συγκεκριμένο σύστημα έχει τη δυνατότητα να προσφέρει άμεσους παρατηρησιακούς περιορισμούς σε θεμελιώδεις φυσικές παραμέτρους που μέχρι σήμερα δεν μπορούσαν να μετρηθούν άμεσα.

Συγκεκριμένα, μεταξύ άλλων, μας δίνει τη δυνατότητα να μελετήσουμε:

* Το χρονικό διάστημα μεταξύ των δύο εκρήξεων σουπερνόβα, προσφέροντας άμεσους περιορισμούς στα τελευταία στάδια της εξέλιξης των μαζικών δυαδικών αστέρων.
* Τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν τα δύο άστρα πριν από τις εκρήξεις τους, όπως η μεταφορά μάζας, η ανταλλαγή στροφορμής και η επίδραση της πρώτης έκρηξης στην εξέλιξη του δεύτερου άστρου.
* Την ενέργεια και τη δυναμική των εκρήξεων, καθώς και τον τρόπο με τον οποίο αυτή μεταφέρεται στο περιβάλλον τους.
* Τις ταχύτητες και τις κατευθύνσεις που αποκτούν τα άστρα νετρονίων ή οι μαύρες τρύπες κατά τη γέννησή τους, μία από τις σημαντικότερες αβεβαιότητες στη θεωρία των σουπερνόβα.
* Τις συνθήκες υπό τις οποίες ένα δυαδικό σύστημα επιβιώνει ή διαλύεται μετά από μία ή δύο εκρήξεις σουπερνόβα, παρέχοντας κρίσιμες δοκιμές για τα μοντέλα εξέλιξης δυαδικών αστέρων.
* Την εξέλιξη δύο υπολειμμάτων που γεννήθηκαν από άστρα τα οποία σχηματίστηκαν μαζί και εξελίχθηκαν σχεδόν στο ίδιο περιβάλλον, κάτι που μας επιτρέπει για πρώτη φορά να διαχωρίσουμε τις επιδράσεις της αστρικής εξέλιξης από εκείνες του διαστρικού περιβάλλοντος.
* Τον τρόπο με τον οποίο οι διαδοχικές εκρήξεις διαμορφώνουν το διαστρικό μέσο, δηλαδή πώς η πρώτη έκρηξη μεταβάλλει το περιβάλλον μέσα στο οποίο εξελίσσεται η δεύτερη.

* Την επιτάχυνση των κοσμικών ακτίνων, συγκρίνοντας δύο υπολείμματα με κοινή προέλευση και σχεδόν ίδιες περιβαλλοντικές συνθήκες.

* Τα θεωρητικά μοντέλα εξέλιξης των μαζικών δυαδικών αστέρων, τα οποία πλέον μπορούν να ελεγχθούν πάνω σε ένα πραγματικό αστροφυσικό σύστημα και όχι μόνο μέσω στατιστικών πληθυσμών ή προσομοιώσεων.

Η σημασία της ανακάλυψης εκτείνεται πολύ πέρα από τα δύο συγκεκριμένα υπολείμματα σουπερνόβα. Τα περισσότερα μαζικά άστρα γεννιούνται σε δυαδικά συστήματα και από αυτά προέρχονται τα ζεύγη αστέρων νετρονίων, τα ζεύγη μαύρων τρυπών, πολλές από τις πηγές βαρυτικών κυμάτων, καθώς και ορισμένες από τις πιο ενεργητικές εκρήξεις στο Σύμπαν. Η κατανόηση ενός τέτοιου συστήματος μπορεί επομένως να βελτιώσει σημαντικά τις γνώσεις μας για τον σχηματισμό και την εξέλιξη μερικών από τα πιο ακραία αντικείμενα που γνωρίζουμε.Παράλληλα, το σύστημα αποτελεί ένα εξαιρετικό φυσικό εργαστήριο για τη μελέτη της επιτάχυνσης των κοσμικών ακτίνων και της πιθανής παραγωγής νετρίνων πολύ υψηλών ενεργειών. Ιδιαίτερα σημαντική είναι η ανακάλυψη ότι στο υπόλειμμα G189.6+3.3 η εκπομπή ακτίνων γ διαχωρίζεται χωρικά σε δύο διακριτές συνιστώσες: μία που κυριαρχείται από αδρονικές διεργασίες (πρωτὀνια) και μία από λεπτονικές (ηλεκτρόνια). Ένας τόσο καθαρός χωρικός διαχωρισμός δεν έχει παρατηρηθεί ξανά σε ένα υπόλειμμα σουπερνόβα και καθιστά το σύστημα έναν μοναδικά ῾καθαρό῾ στόχο για την επόμενη γενιά τηλεσκοπίων νετρίνων. Συγκεκριμένα, δίνει τη δυνατότητα να ελεγχθεί άμεσα αν η αδρονική συνιστώσα, η οποία ευθύνεται για μέρος των παρατηρούμενων ακτίνων γ, συνοδεύεται και από την παραγωγή νετρίνων πολύ υψηλών ενεργειών. Μια τέτοια ανίχνευση θα αποτελούσε μία από τις ισχυρότερες μέχρι σήμερα παρατηρησιακές αποδείξεις ότι τα υπολείμματα σουπερνόβα αποτελούν τους κύριους επιταχυντές των γαλαξιακών κοσμικών ακτίνων, συμβάλλοντας στην επίλυση ενός θεμελιώδους προβλήματος της σύγχρονης αστροφυσικής.Αυτό ανοίγει και έναν νέο ερευνητικό δρόμο, καθώς πλέον μπορούμε να αναζητήσουμε και άλλα παρόμοια συστήματα στον Γαλαξία και σε άλλους γαλαξίες. Παράλληλα, η ανακάλυψη θα συμβάλει στη βελτίωση των θεωρητικών μοντέλων για την εξέλιξη των δυαδικών αστέρων, τον σχηματισμό αστέρων νετρονίων και μαύρων τρυπών, αλλά και την κατανόηση των φυσικών διεργασιών που εμπλουτίζουν το Σύμπαν με τα χημικά στοιχεία από τα οποία αποτελούνται οι πλανήτες και, τελικά, η ίδια η ζωή!

Ποια είναι τα επόμενα ερευνητικά σας σχέδια;

Τα επόμενα ερευνητικά μου σχέδια κινούνται γύρω από ένα κεντρικό ερώτημα: ποια αστροφυσικά αντικείμενα επιταχύνουν τις κοσμικές ακτίνες του γαλαξία μας και μέσω ποιων φυσικών μηχανισμών επιτυγχάνεται αυτή η επιτάχυνση; Ένα από τα βασικά επόμενα βήματα είναι η βαθύτερη μελέτη του συστήματος IC 443–G189.6+3.3. Θέλουμε να κατανοήσουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια την εξελικτική ιστορία των δύο υπολειμμάτων, να περιορίσουμε το χρονικό διάστημα μεταξύ των δύο εκρήξεων και να εξετάσουμε πώς η πρώτη έκρηξη τροποποίησε το περιβάλλον μέσα στο οποίο εξελίχθηκε η δεύτερη.Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει επίσης η σαφής χωρική διάκριση της αδρονικής και της λεπτονικής εκπομπής ακτίνων γ στο G189.6+3.3. Το σύστημα μπορεί να αποτελέσει σημαντικό στόχο για μελλοντικά τηλεσκόπια ακτίνων γ και νετρίνων. Μια πιθανή ανίχνευση νετρίνων υψηλών ενεργειών από την περιοχή όπου κυριαρχούν οι αδρονικές αλληλεπιδράσεις θα προσέφερε εξαιρετικά ισχυρή επιβεβαίωση ότι τα ‘ωστικά’ κύματα των σουπερνόβα επιταχύνουν πρωτόνια και συμβάλλουν στην παραγωγή των γαλαξιακών κοσμικών ακτίνων.Παράλληλα, θα συνεχίσω μια ευρύτερη συστηματική μελέτη υπολειμμάτων σουπερνόβα στον Γαλαξία, συνδυάζοντας δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γ Fermi της NASA με παρατηρήσεις ακτίνων Χ από αποστολές όπως οι eROSITA, Chandra, XMM-Newton και XRISM. Στόχος είναι να εντοπίσουμε κρυμμένα ή έως σήμερα ανεπαρκώς μελετημένα υπολείμματα, να καθορίσουμε ποια από αυτά επιταχύνουν πρωτόνια ή ηλεκτρόνια και να κατανοήσουμε πώς το περιβάλλον τους επηρεάζει την παραγωγή ακτίνων γ.

Ένα από τα σημαντικότερα επόμενα βήματα της έρευνάς μου θα υλοποιηθεί μέσω ενός ιδιαίτερα ανταγωνιστικού, τριετούς προγράμματος της NASA με το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi, το οποίο εξασφάλισα ως επικεφαλής ερευνητής (Principal Investigator, PI). Πρόκειται για τη μοναδική πρόταση που επιλέχθηκε προς χρηματοδότηση το 2026 στην κατηγορία των πολυετών (Large Multi-Cycle) προγραμμάτων του NASA Fermi, με συνολικό προϋπολογισμό περίπου 400.000 δολαρίων. Eπικεντρώνεται στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου και έχει ως στόχο να αποκαλύψει κρυμμένους επιταχυντές κοσμικών ακτίνων σε έναν γειτονικό γαλαξία.Το Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου αποτελεί ένα μοναδικό φυσικό εργαστήριο, επειδή βρίσκεται σε καλά προσδιορισμένη απόσταση και μπορούμε να το παρατηρήσουμε ως ένα σχεδόν εξωτερικό γαλαξιακό σύστημα. Αυτό μας επιτρέπει να μελετήσουμε, με τρόπο που δεν είναι εφικτός μέσα στον δικό μας γαλαξία, πώς συνδέονται τα υπολείμματα σουπερνόβα, οι περιοχές σχηματισμού άστρων και η διάχυτη εκπομπή ακτίνων γ σε γαλαξιακή κλίμακα. Φιλοδοξία μου είναι να δημιουργήσουμε μια πληρέστερη εικόνα για το πού και με ποια αποδοτικότητα επιταχύνονται οι κοσμικές ακτίνες, όχι μόνο σε μεμονωμένες πηγές αλλά σε ολόκληρο έναν γαλαξία.Ένας ακόμη ερευνητικός άξονας αφορά τη μεταβλητότητα των εκτεταμένων πηγών ακτίνων γ. Παραδοσιακά, τα υπολείμματα σουπερνόβα θεωρούνται σταθερές πηγές, επειδή εξελίσσονται σε χρονικές κλίμακες χιλιάδων ετών. Ωστόσο, ο εντοπισμός πιθανών μεταβολών στην εκπομπή τους θα μπορούσε να αποκαλύψει πολύ ταχύτερες και μέχρι σήμερα άγνωστες φυσικές διεργασίες. Για τον λόγο αυτό εξετάζουμε κατά πόσο ορισμένα συστήματα αμφισβητούν την καθιερωμένη εικόνα των σταθερών γαλαξιακών πηγών ακτίνων γ.Η έρευνά μου επεκτείνεται επίσης πέρα από τα κλασικά υπολείμματα σουπερνόβα. Μελετώ περιοχές σχηματισμού άστρων, όπου οι συνδυασμένοι αστρικοί άνεμοι και οι εκρήξεις πολλών μαζικών άστρων μπορούν να δημιουργήσουν μεγάλης κλίμακας επιταχυντές σωματιδίων. Παράλληλα, διερευνώ μικροκβάζαρ και σχετικιστικούς πίδακες με στόχο να κατανοήσουμε πώς συμπαγή αντικείμενα, όπως οι μαύρες τρύπες, διοχετεύουν ενέργεια στο περιβάλλον τους και επιταχύνουν σωματίδια σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.Ο μακροπρόθεσμος στόχος είναι να συνδέσω όλες αυτές τις διαφορετικές κατηγορίες αντικειμένων —υπολείμματα σουπερνόβα, περιοχές σχηματισμού άστρων, μικροκβάζαρ και γειτονικούς γαλαξίες— σε μια ενιαία εικόνα για την προέλευση, την επιτάχυνση και τη διάδοση των κοσμικών ακτίνων. Για να το πετύχω, θα συνδυάσω παρατηρήσεις σε ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα με μελλοντικές ανιχνεύσεις νετρίνων και, όπου είναι δυνατόν, βαρυτικών κυμάτων. Αυτή η πολυμηνυματική (multi-messenger) προσέγγιση αποτελεί, κατά τη γνώμη μου, το επόμενο μεγάλο βήμα για την κατανόηση των πιο ενεργητικών φαινομένων του Σύμπαντος.

* Ο Δρ. Μιλτιάδης Μιχαηλίδης είναι Μεταδιδακτορικός Ερευνητής, Hansen Experimental Physics Laboratory (HEPL), Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC), SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University.

https://www.naftemporiki.gr/techscience/2143532/dr-miltiadis-michailidis-sti-n-to-sympan-exakoloythei-na-mas-epifylassei-ekplixeis/

Στην εικόνα το κατάλοιπο σουπερνόβα του Νεφελώματος της Μέδουσας (δεξιά), το διαστρικό νέφος με το οποίο αλληλεπιδρά και ένα χαρακτηριστικό καμπυλωτό νημάτιο στην επάνω αριστερή πλευρά του. Το νημάτιο, που απεικονίζεται εδώ τόσο στο ορατό όσο και στο υπεριώδες (UV) φως, αποτελεί το ορατό τμήμα ενός δεύτερου, επικαλυπτόμενου καταλοίπου σουπερνόβα, του G189.6+3.3, το οποίο είναι πολύ πιο έντονο στις ραδιοπαρατηρήσεις και στις ακτίνες Χ.