Κι άλλη επιβεβαίωση ότι το Σύμπαν είναι 13 δισεκατομμυρίων ετών

Άρθρο, Μάιος 2002

Οι αστρονόμοι μπορούν να εκτιμήσουν την ηλικία του σύμπαντος μελετώντας κάποια σφαιρωτά σμήνη άστρων. Αυτά τα σφαιρωτά σμήνη είναι μία συμπαγής συλλογή από εκατομμύρια αστέρια. Ο προδιορισμός αυτός της ηλικίας βασίζεται στην καινούργια ανακάλυψη που έκανε πρώτη φορά το Αστεροσκοπείο του Σκίνακα στην Κρήτη, για το πιθανώς γηραιότερο και φτωχότερο σε βαριά χημικά στοιχεία, σφαιρωτό σμήνος άστρων στον Γαλαξία μας.

Τα σφαιρωτά σμήνη είναι μια ομάδα άστρων με σφαιρική σχεδόν μορφή, η οποία αποτελείται από εκατό χιλιάδες έως ένα εκατομμύριο άστρα, διαφορετικής μάζας, τα οποία πρακτικά δημιουργήθηκαν σχεδόν ταυτόχρονα από το ίδιο τεράστιο νέφος αερίων, στο γαλαξία μας όπως και σε άλλους γαλαξίες. Οι αστρικές πυκνότητες κοντά στο κέντρο ενός αστρικού σμήνους είναι τεράστιες. Αν ζούσαμε εκεί κοντά, τότε θα υπήρχαν αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες αστέρια πιο κοντά σε εμάς απ' ότι το αστέρι Άλφα του Κενταύρου, ο κοντινότερός σε μας "αστρικός γείτονας". 

Οι Έλληνες ερευνητές, με τη χρήση μιας επιστημονικής μεθόδου, η οποία χρησιμοποιείται διεθνώς για τον προσδιορισμό του κατώτερου ορίου της ηλικίας του Σύμπαντος, όπως είναι η μελέτη των σφαιρωτών σμηνών των άστρων, ανακάλυψαν το σφαιρωτό σμήνος που φέρει την ονομασία NGC 6426 και βρίσκεται σε απόσταση από τη Γη περίπου τριάντα χιλιάδων ετών φωτός.

Ηλικία και χημικά στοιχεία των σφαιρωτών σμηνών

Ο κύκλος ζωής ενός αστεριού εξαρτάται από τη μάζα του. Υψηλής μάζας αστέρια είναι λαμπρότερα από εκείνα με την μικρότερη μάζα, και έτσι καταναλώνουν γρηγορότερα τα αποθέματα του υδρογόνου τους. Ένα αστέρι όπως ο Ήλιος διαθέτει αρκετά καύσιμα στον πυρήνα του να καταναλώσει, για να διατηρήσει την υπάρχουσα λαμπρότητά του για περίπου πέντε έως εννέα δισεκατομμύρια χρόνια.

Ένα αστέρι που είναι διπλάσιο σε μάζα από τον Ήλιο, θα καταναλώσει τα καύσιμα αποθέματά του μόλις σε 800 εκατομμύρια χρόνια. Ένα δεκαπλάσιο σε μάζα αστέρι από τον Ήλιο μας, είναι εκατό περίπου φορές πιο λαμπερό από τον Ήλιο μας και διαθέτει μόνο για είκοσι εκατομμύρια χρόνια, ενεργιακά αποθέματα. Συγκριτικά λοιπόν, ένα αστέρι μισής μάζας από τον Ήλιο έχει διάρκεια ζωής πάνω από είκοσι δισεκατομμύρια χρόνια.

Αφού όλα τα αστέρια που απαρτίζουν ένα σφαιρωτό σμήνος σχηματίζονται περίπου την ίδια χρονική στιγμή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν κοσμικά ρολόγια. Εάν ένα σφαιρικό σμήνος έχει διάρκεια ζωής πάνω από δέκα εκατομμύρια χρόνια, τότε όλα τα αστέρια του που χρησιμοποιούν σαν καυσιμη ύλη το υδρογόνο, θα έχουν μάζα μικρότερη από δέκα ηλιακές μάζες.

Αυτό συνεπάγεται, ότι κανένα "αυτόνομο" αστέρι, που χρησιμοποιεί υδρογόνο για καύσιμη ύλη, δε θα είναι λαμπρότερο από 1000 φορές περισσότερο από τον Ήλιο. Εάν ένα σφαιρικό σμήνος έχει διάρκεια ζωής πάνω από δύο δισεκατομμύρια χρόνια, τότε δε θα υπάρχει αστέρι με καύσιμη ύλη υδρογόνο με μεγαλύτερη μάζα από δύο μάζες ηλίου.

Το αρχαιότερο σφαιρωτό σμήνος περιέχει μόνο αστέρια με μάζα μικρότερη απο 0,7 ηλιακές μάζες. Αυτά τα χαμηλής μάζας αστέρια έχουν περισσότερη αντοχή από τον Ήλιο. Αυτή η παρατήρηση προεξοφλεί ότι τα μεγαλύτερα σε ηλικία σφαιρωτά σμήνη κυμαίνονται μεταξύ 11 και 18 δισεκατομμυρίων ετών.

Η αβεβαιότητα σε αυτο τον υπολογισμό οφείλεται στη δυσκολία που υπάρχει στον ακριβή υπολογισμό της απόστασης του  σφαιρικού σμήνους (εξ ου και η αβεβαιότητα στη φωτενότητα -και τη μάζα- των αστεριών σε ένα σμήνος). Μια επιπρόσθετη αιτία αβεβαιότητας σε αυτούς τους υπολογισμούς έγκειται στην άγνεια μας για μερικές από τις σπουδαιότερες λεπτομέρειες της αστρικής εξέλιξης.

Επομένως, τα άστρα ενός σφαιρωτού σμήνους έχουν την ίδια ηλικία, περιέχουν τα ίδια χημικά στοιχεία, περίπου με τις ίδιες αναλογίες και διαφέρουν μόνο ως προς τη μάζα τους. Η αρχική μάζα αυτών των αστεριών μπορεί να κυμαίνεται από περίπου ένα εκατοστό μέχρι μερικές δεκάδες φορές της μάζας του Ηλιου μας. Το κατώτερο όριο αυτής της μάζας είναι αυτό που απαιτείται για να πραγματοποιηθούν πυρηνικές αντιδράσεις σε ένα άστρο.

Οι επιστήμονες του Αστεροσκοπείου του Σκίνακα στην Κρήτη,  η Χατζηδημητρίου και ο Παπαμαστοράκης,  λένε ότι ένας επιπλέον λόγος που τα σφαιρωτά σμήνη άστρων προσφέρονται για λεπτομερείς αστροφυσικές μελέτες, είναι το γεγονός ότι όλα τα άστρα του σμήνους βρίσκονται πρακτικά στην ίδια απόσταση από τη Γη.

Τα σφαιρωτά σμήνη είναι ένα θαυμάσιο εργαστήριο, σχεδόν μοναδικό, για τη λεπτομερή μελέτη της εσωτερικής δομής των άστρων και της εξέλιξής τους στο χρόνο. Για την πρακτική επιστημονική αξία αυτών των στοιχείων, οι δύο επιστήμονες  δηλώνουν: "Συγκρίνοντας θεωρητικά μοντέλα άστρων διαφορετικής μάζας με τις παρατηρήσεις που γίνονται στα αστέρια του σφαιρωτού σμήνους, προκύπτει η ηλικία τους και η περιεκτικότητά τους σε χημικά στοιχεία. Παρατηρήσεις από το Αστεροσκοπείο του Σκίνακα σε σφαιρωτά σμήνη του γαλαξία μάς οδήγησαν στην ανακάλυψη του πιθανώς γηραιότερου και φτωχότερου σε βαριά στοιχεία σμήνους του γαλαξία μας. Αυτό το γεγονός έχει βαρύνουσα κοσμολογική σημασία, διότι θέτει ένα κατώτερο όριο στο χρόνο γέννησης του γαλαξία μας και συνεπώς και του Σύμπαντος".

"Με βάση τα τελευταία θεωρητικά μοντέλα αστρικής εξέλιξης, η ηλικία γέννησης αυτού του σμήνους των άστρων εκτιμάται περίπου στα 13 δισεκατομμύρια χρόνια, άρα και το Σύμπαν δημιουργήθηκε πριν από περίπου τουλάχιστον 13 δισεκατομμύρια χρόνια. Το καινούργιο επιστημονικά διεθνώς στοιχείο, είναι ότι ανακαλύψαμε το πιθανώς γηραιότερο σφαιρωτό σμήνος άστρων στο γαλαξία μας. Το γεγονός μάλιστα ότι είναι και το φτωχότερο σε βαριά χημικά στοιχεία που έχει βρεθεί μέχρι τώρα, επιβεβαιώνει πλήρως το συμπέρασμά μας για τη μεγάλη του ηλικία".

Οσον αφορά την μέτρηση της απόστασης των σφαιρωτών σμηνών, χρησιμοποιείται μια ειδική κατηγορία μεταβλητών αστέρων που περιέχονται στα σφαιρωτά σμήνη και ονομάζονται RR-Lyrae, σύμφωνα με το πρωτότυπό τους που βρίσκεται στον αστερισμό της Λύρας.

Αυτά τα αστέρια του τύπου RR-Lyrae παρουσιάζουν περιοδικές μεταβολές της λαμπρότητάς τους, που είναι διάρκειας περίπου μιας νύχτας.

Συγκρίνοντας τη μέση παρατηρούμενη λαμπρότητα των μεταβλητών αστέρων, που ονομάζονται RR-Lyrae, σε ένα σφαιρωτό σμήνος με την πραγματική τους λαμπρότητα (που εξαρτάται από την περίοδο μεταβλητότητάς τους), μπορούμε να υπολογίσουμε την απόστασή τους και κατά συνέπεια την απόσταση του σφαιρωτού σμήνους στο οποίο ανήκουν.

Από τις παρατηρήσεις του Αστεροσκοπείου της Κρήτης έγινε κατορθωτό να ανακαλυφθούν νέοι μεταβλητοί αστέρες RR-Lyrae -μια δύσκολη και επίπονη διαδικασία- ανάμεσα στα δεκάδες χιλιάδες άστρα του σφαιρωτού σμήνους NGC 6426 και να μελετηθούν επακριβώς. Είναι από τις ακριβέστερες μετρήσεις άστρων RR-Lyrae που έχουν γίνει μέχρι σήμερα διεθνώς. Το συγκεκριμένο σφαιρωτό σμήνος άστρων, υπολογίσαμε ότι βρίσκεται σε απόσταση τριάντα χιλιάδες έτη φωτός από τη Γη.

Αναφορά: Ελευθεροτυπία 14 Μαίου 2002