Παλαιό αστέρι συλλαμβάνεται σε δράση

Από σελίδα του Physicsweb 14 Νοεμβρίου 2001

Κάθε αστέρι σαν τον ήλιο μας καταρρέει στο τέλος της ζωής του για να σχηματίσει έναν "λευκό νάνο" που περιβάλλεται από ένα απέραντο αεριώδες νεφέλωμα. Αυτή η διαδικασία είναι ταχύτατη, αλλά τώρα η Yolanda Gomez του Εθνικού Αυτόνομου Πανεπιστημίου στο Μεξικό και οι συνάδελφοι της, την έχουν παρατηρήσει για πρώτη φορά. Οι ερευνητές θεωρούν ότι το πλανητικό νεφέλωμα K3-35 είναι ακόμα νέο και θα προσφέρει στους αστρονόμους την ευκαιρία να μελετήσουν την πρόοδό του για τα επόμενα έτη (Nature, 2001 414 284).

Όταν ένα αστέρι όπως ο ήλιος μας πλησιάζει στο τέλος της ζωής του, εκτινάσσει ένα κέλυφος αερίου προτού να καταρρεύσει σε έναν πυκνό λευκό νάνο. Το αστέρι χάνει  βαρυτική ενέργεια καθώς καταρρέει, και αυτή η ενέργεια μετατρέπεται σε υπεριώδες φως, που στρέφεται προς το εκτιναγμένο κέλυφος του αερίου, ή το νεφέλωμα. Αυτή η υπεριώδης ακτινοβολία διεγείρει τα άτομα και τα σωματίδια στο νεφέλωμα και το κάνει να εκπέμψει ακτινοβολία σε μια περιοχή μηκών κύματος, η οποία μπορεί να μελετηθεί από τους αστρονόμους.

Η Gomez και οι συνάδελφοι της χρησιμοποίησαν το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο Σειράς (VLA) στο New Mexico, για να αναλύσουν τα ραδιο-κύματα που εκπέμπονται από το νεφέλωμα K3-35, το οποίο είναι 16.000 έτη φωτός από τη Γη. Η ομάδα αυτή βρήκε μια αποκαλυπτική αιχμή στο φάσμα στη συχνότητα 22 gigahertz, η οποία είναι χαρακτηριστική του υδρατμού "masers". Αυτά τα μέϊζερ ενισχύουν τα ραδιο-κύματα και δείχνουν ότι ο υδρατμός είναι παρών σε αυτό το νεφέλωμα.

Οι λευκοί νάνοι θερμαίνονται καθώς καταρρέουν, και φθάνουν σε θερμοκρασίες 30.000 Kelvin μέσα σε διάστημα εκατό ετών. Αλλά οι αστρονόμοι θεωρούν ότι αυτή η ακραία θερμότητα, καταστρέφει τον υδρατμό στο περιβάλλοντα νεφέλωμα. Αυτό σημαίνει ότι το νεφέλωμα που παρατηρήθηκε από τη Gomez είναι λιγότερο από ένα αιώνα παλαιό. "Βλέπουμε αυτό το αστέρι κατά τη διάρκεια μιας εξαιρετικά συνοπτικής μεταβατικής περιόδου της ζωής του", λέει η Gomez.

Προκειμένου να πιστοποιηθεί πότε το σύστημα K3-35 άρχισε να καταρρέει, οι ερευνητές σύγκριναν τα αποτελέσματά τους με τις προηγούμενες μελέτες από τη δεκαετία του '80 και τη δεκαετία του '60. Αυτές οι μελέτες έδειξαν ότι η διαδικασία άρχισε το 1984. "Αυτό είναι εξαιρετικά συναρπαστικό, επειδή έχουμε τώρα ένα εργαστήριο για την παρατήρηση αυτής της διαδικασίας που λαμβάνει μέρος," λέει η Gomez. "Δεν καταλαβαίνουμε πλήρως όλα αυτά  που βλέπουμε σε αυτό το αντικείμενο, αλλά μπορούμε να μάθουμε παρατηρώντας ό,τι αναπτύσσεται."

Λευκός νάνος: Πρόκειται για τη τελευταία φάση της εξέλιξης ενός αστέρα με μικρή μάζα, περίπου σαν του ήλιου μας. Μετά την καύση του ηλίου στο εσωτερικό του ακολουθεί βαρυτική κατάρρευση, που εξισορροπείται από την πίεση που ασκεί το υπερσυμπιεσμένο αέριο των ηλεκτρονίων του πυρήνα του. Υπάρχει δηλαδή ισορροπία μεταξύ του πυρήνα του (αέριο ηλεκτρονίων) και της βαρυτικής πίεσης των ανωτέρων στρωμάτων. Η ισορροπία αυτή οφείλεται στην απαγορευτική αρχή του Pauli μεταξύ των ηλεκτρονίων που αποτελούν τον πυρήνα. Οι ψυχροί αστέρες αυτοί δεν περνάνε από τη φάση της πυρηνικής καύσης του άνθρακα, γι'αυτό αποτελείται κυρίως από άνθρακα. Η πυκνότητα του φθάνει τα 10⁹ kg/m³ και το μέγεθος τους σαν τη Γη. (Η σημερινή πυκνότητα του ήλιου μας είναι μόλις 1.400 kg/m³).
Στο εσωτερικό των Λευκών Νάνων δεν γίνονται πιά θερμοπυρηνικές αντιδράσεις γιατί δεν είναι οι βαρυτικές δυνάμεις τόσο μεγάλες, ώστε να τις ξεκινήσουν. Η ακτινοβολία που εκπέμπει οφείλεται στις υψηλές σχετικά θερμοκρασίες. Ακολούθως μετατρέπεται σε καστανό και στο τέλος μαύρο νάνο. Ο ήλιος μας πιστεύεται πως θέλει ακόμη 10 δισεκατομμύρια έτη για να μετατραπεί σε λευκό νάνο, κι άλλο τόσο γιά να γίνει μαύρος νάνος.

Maser: Διάταξη που χρησιμοποιείται για σύμφωνη ενίσχυση ή την παραγωγή μικροκυματικής ακτινοβολίας, με τη μέθοδο της εξαναγκασμένης εκπομπής ακτινοβολίας (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
Η διάταξη αυτή χρησιμοποιεί ένα ασταθές σύνολο διεγερμένων ατόμων ή μορίων, που μπορεί μια ακτινοβολία να το οδηγήσει σε εξαναγκασμένη αποδιέγερση και έτσι να εκπέμψει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην ίδια συχνότητα και φάση. Εχουμε δηλαδή σύμφωνη ενίσχυση του αρχικού κύματος. Οι ενισχυτές μέιζερ διακρίνονται για τον χαμηλό θόρυβο, που τους επιτρέπει να ενισχύσουν πολύ μικρά ποσά ενέργειας, που πλησιάζουν το κβάντο της ακτινοβολίας προσεγγίζοντας έτσι το όριο που θέτει η αρχή της αβεβαιότητας. Επειδή έχουν χαμηλό θόρυβο κάνει το μέιζερ κατάλληλο για την ενίσχυση των πολύ ασθενών σημάτων στη ραδιοαστρονομία και στα ραντάρ.