ΙΤΕ:Ο Γαλαξίας μας είναι ένας τεράστιος μαγνήτης που για πρώτη φορά χαρτογραφείται σε 3 διαστάσεις

Το ανάγλυφο μοτίβο απεικονίζει τη δομή του μαγνητικού πεδίου και το χρώμα δείχνει την ποσότητα της σκόνης, σε ένα από τα διαστρικά νέφη του Γαλαξία που χαρτογραφήθηκε στις 3 διαστάσεις. Τα λευκά τμήματα είναι τα αστέρια που παρατηρήθηκαν για να καταστεί δυνατή αυτή η χαρτογράφηση.

Χάρη σε νέες εξελιγμένες τεχνικές, διαστημικές αποστολές και νέα όργανα παρατήρησης, η Αστρονομία έχει εισέλθει σε μια νέα εποχή όπου, όχι μόνο η θέση στον ουρανό, αλλά και η απόσταση όλων των ουρανίων σωμάτων από εμάς μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια. Τα συστατικά του κοσμικού μας σπιτιού, του Γαλαξία μας – αστέρια, αέριο, μαγνητικά πεδία – μπορούν επιτέλους να χαρτογραφηθούν στις τρεις διαστάσεις.

Ο χώρος μεταξύ των άστρων δεν είναι κενός. Είναι γεμάτος με σκόνη, οι κόκκοι της οποίας ευθυγραμμίζονται με το τοπικό μαγνητικό πεδίο, και εκπέμπουν φως. Φως το οποίο, επιπλέον, έχει ως ιδιότητα να είναι γραμμικά πολωμένο, να έχει δηλαδή μια προτιμητέα κατεύθυνση στον χώρο η οποία υπερκαλύπτει την αμυδρή πόλωση που έχει η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου – η “στάχτη” της Μεγάλης Έκρηξης – συγχέοντας έτσι την εικόνα μας για τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος. Οι κόκκοι αυτοί απορροφούν επίσης μέρος του αστρικού φωτός που περνάει από μέσα τους, όπως θα έκανε ένα φίλτρο polaroid, αποτυπώνοντας πληροφορίες για τα μαγνητικά πεδία μέσα στα οποία ζουν, επάνω στην πόλωση του αναδυόμενου φωτός. Τα μαγνητικά πεδία είναι πολύ σημαντικά για την εξέλιξη του Γαλαξία μας, ρυθμίζοντας τον σχηματισμό νέων αστέρων, διαμορφώνοντας τις γαλαξιακές δομές και μετατρέποντας τις ροές αερίων σε κοσμικούς επιταχυντές ισχυρότερους από το CERN.

Η πόλωση του αστρικού φωτός είναι λοιπόν το κλειδί: περιέχει πληροφορίες για τα τόσο σημαντικά μαγνητικά πεδία του Γαλαξία, και είναι το “ξεσκονόπανο” που μπορεί να μας βοηθήσει να “καθαρίσουμε” την εικόνα μας για το πρώιμο Σύμπαν – αρκεί να μπορούσαμε να παρατηρήσουμε την πόλωση αρκετών αστεριών, και να τη μελετήσουμε προσεκτικά, ώστε να αποσπάσουμε όλες τις πληροφορίες που μεταφέρει.

Αυτό ακριβώς είναι το αντικείμενο του πειράματος PASIPHAE, μιας διεθνούς επιστημονικής συνεργασίας μεταξύ του Πανεπιστημίου Κρήτης και του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας στην Ελλάδα, του Inter-University Center for Astronomy and Astrophysics στην Ινδία, του South African Astronomical Observatory της Νοτίου Αφρικής, του Caltech στην Καλιφόρνια των ΗΠΑ, και του Πανεπιστημίου του Όσλο στη Νορβηγία. Στόχος του PASIPHAE είναι να μετρήσει την πόλωση εκατομμυρίων αστεριών σχεδόν σ’ ολόκληρο τον ουρανό. Και τώρα, μπορούμε να πάρουμε μια πρώτη γεύση από τις δυνατότητες αυτού του φιλόδοξου εγχειρήματος.

Μια ομάδα ερευνητών, με πρώτο συγγραφέα τον Δρ. Vincent Pelgrims (μέχρι πρόσφατα μεταδιδακτορικό ερευνητή στο έργο PASIPHAE στο Ινστιτούτου Αστροφυσικής του ΙΤΕ και τώρα υπότροφο Marie Curie στο Διαπανεπιστημιακό Ινστιτούτο Υψηλών Ενεργειών στο Βέλγιο) απέδειξε την ισχύ των πολωσιμετρικών δεδομένων και των αλγορίθμων που ανέπτυξε για το PASIPHAE, χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις που έγιναν με το πολωσίμετρο RoboPol στο Αστεροσκοπείο Σκίνακα στην Κρήτη. Οι επιστήμονες μέτρησαν την πόλωση περισσότερων από 1500 αστέρων σε ένα τμήμα του ουρανού που έχει έκταση πάνω από 15 φορές αυτήν της πανσελήνου, τα συνδύασαν με τις αποστάσεις που μετρήθηκαν για κάθε αστέρι από τον δορυφόρο Gaia του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, και με έναν πρωτοποριακό αλγόριθμο που ανέπτυξαν, χαρτογράφησαν τα μαγνητικά πεδία σε αυτή την κατεύθυνση του ουρανού.

Η χαρτογραφημένη περιοχή του ουρανού. Αριστερά: Χάρτης ολόκληρου του ουρανού στο πολωμένο φως που εκπέμπεται από τη σκόνη του Γαλαξία μας, όπως καταγράφηκε, σε χαμηλή χωρική ανάλυση, από τον δορυφόρο Planck του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος. Αυτή η εκπομπή είναι το πέπλο σκόνης που καλύπτει την εικόνα μας για το πρώιμο Σύμπαν. Μέση: Μεγέθυνση του χάρτη προς τις περιοχές που χαρτογραφήθηκαν λεπτομερώς από το Robopol στο Αστεροσκοπείο Σκίνακα. Δεξιά: Μια ακόμη πιο κοντινή άποψη της περιοχής που μελετήθηκε. Κάθε μαύρη γραμμή αντιστοιχεί στην πόλωση ενός μόνο αστεριού. Η κατεύθυνση της γραμμής αντιστοιχεί στη διεύθυνση του μαγνητικού πεδίου στην περιοχή.

“Είναι η πρώτη φορά που ένας τόσο μεγάλος όγκος του Γαλαξιακού μαγνητικού πεδίου χαρτογραφείται σε τρεις διαστάσεις”, δηλώνει ενθουσιασμένος ο Δρ. Pelgrims. “Βρήκαμε αρκετά νέφη σκόνης σε αυτή την περιοχή του Γαλαξία και μπορέσαμε να προσδιορίσουμε τόσο τις αποστάσεις τους – έως και χιλιάδες έτη φωτός μακριά – όσο και τις πολωσιμετρικές τους ιδιότητες, αποκαλύπτοντας το μαγνητικό πεδίο που διαπερνά αυτά τα νέφη”.

Η ομάδα δημοσιεύει τον πρώτο τομογραφικό χάρτη του Γαλαξιακού μαγνητικού πεδίου σε μια αρκετά μεγάλη περιοχή του ουρανού, τον οποίο παρουσιάζει σήμερα στο περιοδικό Astronomy & Astrophysics.

“Είναι ένα μεγάλο επίτευγμα, και ένα σημαντικό βήμα στην κατεύθυνση της τρισδιάστατης χαρτογράφησης του Γαλαξία μας και του μαγνητικού του πεδίου”, λέει η Βασιλική Παυλίδου καθηγήτρια του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης και συνεργαζόμενο μέλος ΔΕΠ του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του ΙΤΕ, η οποία είναι και συν-συγγραφέας της δημοσίευσης. “Η δομή του Γαλαξιακού μαγνητικού πεδίου δεν είναι προς το παρόν γνωστή με μεγάλη ακρίβεια. Αυτό εμποδίζει την πρόοδο σε πολλούς ερευνητικούς τομείς, όπως η μελέτη των κοσμικών ακτίνων υπερ-υψηλής ενέργειας. Η δυνατότητα μιας λεπτομερούς τρισδιάστατης χαρτογράφησης του Γαλαξιακού μαγνητικού πεδίου για πρώτη φορά θα οδηγήσει σε ανακαλύψεις σε όλους τους τομείς που συνδέονται με αυτό και είναι εξαιρετικά σημαντική”, προσθέτει η κ. Παυλίδου.

“Αυτή η εργασία είναι μόνον η αρχή”, προσθέτει ο Κωνσταντίνος Τάσσης, καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης και συνεργαζόμενο μέλος ΔΕΠ του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του ΙΤΕ, συν-συγγραφέας της δημοσίευσης και επιστημονικά υπεύθυνος του προγράμματος PASIPHAE. “Φανταστείτε έναν τέτοιο χάρτη – αλλά για το μεγαλύτερο μέρος του ουρανού! Αυτός ο τρισδιάστατος άτλας του μαγνητικού πεδίου του Γαλαξία θα γίνει πραγματικότητα μέσα στα επόμενα χρόνια, με τη βοήθεια των ειδικών οργάνων WALOPs που θα αρχίσουν να χαρτογραφούν την πόλωση των άστρων στον ουρανό φέτος”.

Ο τρισδιάστατος χάρτης που παρήγαγε η ομάδα απεικονίζεται στο βίντεο αυτό: https://www.youtube.com/watch?v=dB_6J1zhmPI

Το πείραμα PASIPHAE υποστηρίζεται από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας (ERC) της Ευρωπαϊκής Ένωσης, το Ίδρυμα Σταύρος Νιάρχος (ΙΣΝ), το Ίδρυμα Infosys, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής και το Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών στη Νότια Αφρική.