Αρχική Special Topics Ένα αστρικό μυστήριο βρίσκει την λύση του!

Ένα αστρικό μυστήριο βρίσκει την λύση του!

Ο φυσικός μηχανισμός με τον οποίο τα άστρα χαμηλής μάζας, όπως ο Ήλιος, παράγουν το μαγνητικό τους πεδίο είναι λίγο ως πολύ γνωστός. Ο ίδιος, ωστόσο, φυσικός μηχανισμός δεν μπορεί να ενεργοποιήσει μαγνητικά πεδία σε άστρα με αρκετά μεγαλύτερη μάζα. Γνωρίζουμε, παρ’ όλα αυτά, ότι το 7% των γιγάντιων άστρων διαθέτει μαγνητικά πεδία, η προέλευση των οποίων παραμένει αβέβαιη.

0
double star
Φωτογραφία: Το νεφέλωμα NGC 6164/6165 σε εικόνα που ελήφθη από το τηλεσκόπιο VST του Αστεροσκοπείου Paranal του ESO στη Χιλή
Διαφήμιση

του Αλέξη Δεληβοριά, Διδάκτορα Φυσικής

Στον νότιο αστερισμό του Γνώμονα και 3800 έτη φωτός μακριά από τη Γη, το νεφέλωμα αερίων και σκόνης NGC 6164/6165, περιβάλλει το διπλό αστρικό σύστημα HD 148937, που αποτελείται από δύο άστρα πολύ μεγαλύτερης μάζας από αυτήν του Ήλιου. Συνήθως τα άστρα ενός διπλού αστρικού συστήματος μοιάζουν μεταξύ τους.

Σε αυτή την περίπτωση, ωστόσο, διεθνής ομάδα αστρονόμων χρησιμοποίησε συμβολομετρικές και φασματοσκοπικές παρατηρήσεις σε βάθος χρόνου 9 ετών, προκειμένου να προσδιορίσει τις ιδιότητες του διπλού αυτού αστρικού συστήματος, και διαπίστωσε ότι το ένα άστρο φαίνεται νεότερο από το συνοδό του, ενώ σε αντίθεση με αυτό, διαθέτει και μαγνητικό πεδίο.

Σύμφωνα με την σχετική μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 11 Απριλίου στο επιστημονικό περιοδικό Science, τόσο οι ιδιότητες του συστήματος, όσο και ένα διπολικό νεφέλωμα που το περιβάλλει μπορούν να αναπαραχθούν με ένα μοντέλο, σύμφωνα με το οποίο το αστρικό σύστημα αποτελούνταν αρχικά από τρία άστρα, δύο από τα οποία συγκρούστηκαν και συγχωνεύθηκαν, σχηματίζοντας το φαινομενικά νεότερο μαγνητικό άστρο, μετατρέποντας έτσι ένα αρχικά τριπλό αστρικό σύστημα σε διπλό. Τα αποτελέσματα αυτά παρέχουν παρατηρησιακές αποδείξεις ότι κάποια τουλάχιστον από τα άστρα μεγάλης μάζας αποκτούν το μαγνητικό τους πεδίο μέσα από την συγχώνευση δύο άλλων.

Όπως λέει χαρακτηριστικά η αστρονόμος του ESO στην Χιλή Abigail Frost, «μετά από λεπτομερή ανάλυση, κατορθώσαμε να διαπιστώσουμε ότι το άστρο με την μεγαλύτερη μάζα φαίνεται πολύ νεότερο από το συνοδό του, κάτι που δεν είναι λογικό, αφού θα έπρεπε να έχουν σχηματιστεί την ίδια στιγμή!». Τα άστρα μεγάλης μάζας ζουν για λίγα μόνο εκατομμύρια χρόνια. Γι’ αυτό και η διαφορά ηλικίας των 1,5 εκατ. χρόνων μεταξύ τους είναι σημαντική.

Το νεφέλωμα, τώρα, που περιβάλλει τα δύο άστρα έχει ηλικία 7.500 ετών, είναι δηλαδή εκατοντάδες φορές νεότερο από τα δύο άστρα. Επιπλέον, εμπεριέχει και μεγάλες ποσότητες αζώτου, άνθρακα και οξυγόνου, κάτι που επίσης προκαλεί έκπληξη, διότι τα στοιχεία αυτά εμφανίζονται συνήθως βαθιά στο εσωτερικό των άστρων. Πιθανώς, λοιπόν, τα στοιχεία αυτά να απελευθερώθηκαν από κάποιο βίαιο γεγονός.

Για να διαλευκάνουν το αστρικό μυστήριο, η Frost και οι συνάδελφοί της συγκέντρωσαν και ανέλυσαν δεδομένα 9 ετών από το τηλεσκόπιο VLTI (Very Large Telescope Interferometer), καθώς και αρχειακά δεδομένα από το αστεροσκοπείο La Silla του ESO, που βρίσκονται στην Χιλή.

Όπως εξηγεί ο Hugues Sana, καθηγητής στο KU Leuven του Βελγίου και κύριος ερευνητής των παρατηρήσεων, «Πιστεύουμε ότι αυτό το σύστημα είχε αρχικά τουλάχιστον τρία άστρα: τα δύο από αυτά πρέπει να βρέθηκαν σε μικρή απόσταση το ένα από το άλλο σε κάποιο σημείο της τροχιάς τους, ενώ το τρίτο βρισκόταν σε πολύ μεγαλύτερη απόσταση. Τα δύο εσωτερικά άστρα συγχωνεύθηκαν βίαια, δημιουργώντας το «μαγνητικό» άστρο και εκτινάσσοντας υλικά από τα οποία δημιουργήθηκε το νεφέλωμα. Το πιο μακρινό άστρο εισήλθε τότε σε μια νέα τροχιά με το μαγνητικό άστρο που μόλις συγχωνεύθηκε, δημιουργώντας το διπλό άστρο που βλέπουμε σήμερα στο κέντρο του νεφελώματος».

Το «σενάριο» αυτό εξηγεί επίσης γιατί μόνο το ένα από τα άστρα του συστήματος είναι μαγνητικό και το άλλο όχι, επιλύοντας ταυτόχρονα έναν άλυτο μέχρι πρόσφατα γρίφο της αστρονομίας: το πώς δηλαδή τα γιγάντια άστρα του Σύμπαντος, ή τουλάχιστον κάποια από αυτά, αποκτούν μαγνητικό πεδίο. Ενώ, δηλαδή, τα άστρα χαμηλής μάζας όπως ο Ήλιος διαθέτουν μαγνητικά πεδία, τα άστρα μεγαλύτερης μάζας δεν μπορούν να διατηρήσουν μαγνητικά πεδία με τον ίδιο τρόπο, παρόλο που γνωρίζουμε ότι κάποια τουλάχιστον από αυτά είναι όντως μαγνητικά.

Με ποιον, όμως, τρόπο τα άστρα όπως ο Ήλιος παράγουν το μαγνητικό τους πεδίο; Η ενέργεια που παράγεται από τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης στον πυρήνα ενός τέτοιου άστρου μεταφέρεται προς την επιφάνειά του με δύο διακριτούς τρόπους. Από τον πυρήνα και μέχρι το 70% περίπου της ακτίνας του, δηλαδή στην επονομαζόμενη Ζώνη Ακτινοβολίας, η μεταφορά της ενέργειας αυτής υλοποιείται με την βοήθεια ενεργητικών φωτονίων. Στην συνέχεια, ωστόσο, και μέχρι την φωτόσφαιρα, η ενέργεια του άστρου διαδίδεται με την μορφή τεράστιων φυσαλίδων καυτού πλάσματος, που αναδύονται προς την επιφάνειά του, όπως περίπου οι φυσαλίδες που σχηματίζονται μέσα σε νερό που κοχλάζει. Αυτή η περιοχή, που ονομάζεται Ζώνη Μεταφοράς, υφίσταται διαφορική περιστροφή, που σημαίνει ότι περιστρέφεται ταχύτερα στον ισημερινό του άστρου απ’ ό,τι στους πόλους του. Ο συνδυασμός των φορτισμένων σωματιδίων του πλάσματος στο εσωτερικό του άστρου και της διαφορικής περιστροφής είναι κομβικός για την δημιουργία του μαγνητικού πεδίου των άστρων σαν τον Ήλιο.

Στα άστρα με μεγαλύτερη μάζα, ωστόσο, η κατάσταση αντιστρέφεται: στον πυρήνα τους η ενέργεια διαδίδεται μέσω «μεταφοράς», ενώ πέρα από αυτόν μεταφέρεται με την βοήθεια της ακτινοβολίας. Δεδομένου, λοιπόν, ότι τα άστρα αυτά δεν διαθέτουν ζώνη μεταφοράς έξω από τον πυρήνα τους, δεν μπορούν να παράγουν μαγνητικό πεδίο όπως ο Ήλιος.

Εδώ και λίγα χρόνια, πάντως, οι αστρονόμοι υποψιάζονταν ότι τα άστρα μεγάλης μάζας όντως αποκτούν μαγνητικό πεδίο από την συγχώνευση δύο άλλων. Αυτή, όμως, είναι η πρώτη φορά που ανακαλύπτουν άμεσες αποδείξεις ότι αυτό συμβαίνει. Στην περίπτωση, μάλιστα, του HD 148937, η συγχώνευση πρέπει να έγινε πρόσφατα. «Ο μαγνητισμός στα άστρα μεγάλης μάζας δεν αναμένεται να διαρκεί για μεγάλο χρονικό διάστημα σε σύγκριση με τη διάρκεια ζωής τους, οπότε φαίνεται ότι παρατηρήσαμε αυτό το σπάνιο γεγονός πολύ σύντομα αφού συνέβη», καταλήγει η Frost.

Πηγή: Beautiful nebula, violent history: clash of stars solves stellar mystery | ESO

Διαφήμιση