Ένα δυναμό δημιουργεί τα πλανητικά νεφελώματα

Από σελίδα του UniSci 25-Ιανουαρίου-2001

Το μαγνητικό δυναμό εμφανίζεται να διαμορφώνει τα πλανητικά νεφελώματα. Το κοσμικό "πινέλο" που δημιουργεί μερικές από τις πιό εκθαμβωτικές εικόνες στον νυκτερινό ουρανό μπορεί να έχει βρεθεί από τους ερευνητές στο πανεπιστήμιο του Rochester, γράφει στο τελευταίο τεύχος το Nature.

Ένα μαγνητικό δυναμό παρόμοιο με το είδος που παράγει τις θύελλες στον ήλιό μας εμφανίζεται να διαμορφώνει πλανητικά νεφελώματα, τις θολές δέσμες του φωτός που ακτινοβολούν από μερικά νεκρά αστέρια.

Οι επιστήμονες έχουν δείξει ότι καθώς μερικά αστέρια πεθαίνουν και αποβάλλουν τα εξωτερικά στρώματά τους, παράγουν τα ογκώδη μαγνητικά πεδία που περιστρέφουν το υλικό που ακτινοβολούν σε όμορφες και διακριτικές μορφές.

"Οι αστρονόμοι έχουν μπερδευτεί πάνω στα αντικείμενα αυτά για αιώνες," λέει ο Adam Frank, συνεργαζόμενος καθηγητής της φυσικής και της αστρονομίας. "Είναι από αυτά τα απέραντα κοσμικά γλυπτά και δεν ξέρουμε ποτέ πώς γίνονται. "

Η ομάδα επιστημόνων σχεδίασε ένα μοντέλο-πρότυπο βασισμένο σε ένα χαρακτηριστικό αστέρι καθώς πλησίαζε τα τελευταία έτη ζωής του. Χρησιμοποιώντας στοιχεία που προτείνουν ότι ο πυρήνας ενός τέτοιου αστεριού αποσυνδέεται από το εξωτερικό φλοιό του αστεριού, όπως η λέκιθος που περιστρέφεται μέσα σε ένα αυγό.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μαγνητικά πεδία μετακινούν και συστρέφουν τον φλοιό και τον πυρήνα με διαφορετικούς ρυθμούς. Δεδομένου ότι η ύλη βγαίνει από τη θέση της στο νεκρό άστρο, ακολουθεί κατά προσέγγιση τις λυγισμένες μαγνητικές γραμμές, που δημιουργούν έτσι τις μεγαλοπρεπείς καμπύλες και τα περιγράμματα ενός πλανητικού νεφελώματος.

Η ιδέα ότι τα μαγνητικά πεδία διαδραματίζουν έναν ρόλο στη διαμόρφωση του υλικού που ρίχνεται μακριά από τα νεκρά αστέρια έχει εξεταστεί καιρό πριν, αλλά οι ερευνητές είχαν εξετάσει μόνο τη δραστηριότητα του εξωτερικού φλοιού, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι δεν θα μπορούσε να παραγάγει πεδία της απαραίτητης δύναμης. Έλαβαν ένα συνδυασμό των εργασιών Πανεπιστημιακών αστρονόμων σε δύο διαφορετικούς τομείς για να καθορίσουν το νέο πρότυπο και να δείξουν ότι  είναι δυνατή τέτοια μαγνητική δύναμη.

Οι Αστροφυσικοί John Χ. Thomas, ο Andrew Markiel και ο Hugh Van Horn, ειδικοί στην κατανόηση των μαγνητικών χαρακτηριστικών των αστεριών, συνεργάστηκαν με τους αστροφυσικούς Adam Frank και Eric Blackman, εμπειρογνώμονες στον σχηματισμό πλανητικών νεφελωμάτων.

"Αυτή η ανακοίνωση δεν θα μπορούσε πιθανώς να γραφτεί από οποιοδήποτε από μας," λέει τον Thomas, καθηγητής των μηχανικών και αεροδιαστημικών επιστημών και της αστρονομίας. "Είχαμε μια αίσθηση ότι οι δύο τομείς μας αφορούσαν το ίδιο πρόβλημα, και έτσι και οι δύο αποφασίσαμε να δουλέψουμε μαζί."

Το νέο μοντέλο ενισχύεται από ένα άλλο γνωστό φαινόμενο. Ο εναπομείναντας πυρήνας τέτοιων αστεριών, αποκαλούμενος λευκός νάνος, είναι γνωστό πως περιστρέφεται πιό αργά από ό,τι οι επιστήμονες είχαν σκεφτεί πως αυτός θά έπρέπε. Το άρθρο του Nature προτείνει ότι ο πυρήνας επιβραδύνεται με το "μαγνητικό φρενάρισμα" -- ένα είδος βίαιου συρσίματος που παράγεται από τα μαγνητικά πεδία που συστρέφουν όπως μια πετσέτα που δυσκολεύεται ολοένα και περισσότερο για να στρίψει.

Καθώς αυτό συμβαίνει, η εξωτερική επιφάνεια του λευκού νάνου ρίχνεται έξω προς το διάστημα κατά μήκος εκείνων των μαγνητικών γραμμών, που επιβραδύνουν την περιστροφή του συνέχεια, όπως η περιστροφή ενός skater επιβραδύνεται όταν απλώνει τα χέρια του.

"Το δυναμό που παράγεται από το μαγνητικό πεδίο όπως έχουμε προτείνει μπορεί να εξηγήσει πολλά άλλα φαινόμενα των πλανητικών νεφελωμάτων, όπως η προώθηση του αστρικού ανέμου," λέει ο Thomas. "Αυτό είναι ενδεχομένως το είδος της ενοποιημένης ιδέας που επιδιώκεται από την επιστήμη."

Οι επιπτώσεις της έρευνας φθάνουν πέρα από τα νεφελώματα. Οι ίδιες διαδικασίες που παράγουν τα μαγνητικά πεδία στα νεκρά άστρα είναι επίσης σσε εξέλιξη στον ήλιό μας. "Αυτό μας παρουσιάζει ένα νέο τρόπο για τον ήλιό μας όταν πεθάνει," λέει ο Frank.

Οι ηλιακές κηλίδες, οι ηλιακές θύελλες και οι στεφανιαίες (coronal) μαζικές εκτινάξεις από τα οποία διακινδυνεύουν τα δίκτυα και οι δορυφόροι, προκαλούνται άμεσα από τα μαγνητικά πεδία που παράγονται στον ήλιο. Όταν ο ήλιος μας ξεμείνει από τα καύσιμα του, στον πενιχρό χρόνο των τεσσάρων ή πέντε δισεκατομμυρίων ετών, μπορούμε να δοκιμάσουμε να αλλάξουμε καθίσματα πηγαίνοντας στις μπροστινές   θέσεις, στους εσωτερικούς πλανήτες.

Πλανητικά νεφελώματα

Oταν ένα άστρο με λιγότερα υλικά από τέσσερις ηλιακές μάζες γίνει Ερυθρός Γίγαντας, μπαίνει σε μία περίοδο αστάθειας. Η βαρυτική του δύναμη δεν είναι ικανή να συγκρατήσει τα εξωτερικά του στρώματα, τα οποία αποχωρίζονται σιγά-σιγά και διαφεύγουν στο διάστημα. Τα αέρια αυτά στρώματα περιλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος της αρχικής μάζας ενός άστρου και αποχωρώντας, σχηματίζουν ένα διαστελλόμενο κέλυφος, το οποίο στα τηλεσκόπιά μας φαίνεται σαν ένας δακτύλιος αερίων. Οι αστρονόμοι των περασμένων αιώνων με τα μικρά τους τηλεσκόπια νόμιζαν ότι τα αντικείμενα αυτά έμοιαζαν με πλανήτες γι' αυτό και τα ονόμασαν πλανητικά νεφελώματα.

Χίλια μόνο πλανητικά νεφελώματα έχουν ανακαλυφτεί μέχρι τώρα, γιατί η διάρκεια της ζωής τους είναι σχετικά μικρή. Μέσα σε 50.000 χρόνια τα αέρια αυτά διασκορπίζονται στο διάστημα, παύουν να "ερεθίζονται" από τον κεντρικό τους λευκό νάνο και δεν φαίνονται πια από τα τηλεσκόπιά μας. Το μεγαλύτερο και πλησιέστερο σε μας πλανητικό νεφέλωμα βρίσκεται στον αστερισμό του Υδροχόου και έχει διάμετρο δύο ετών φωτός. Στο κέντρο του νεφελώματος, βρίσκεται ο πυκνότατος, υπερθερμασμένος πυρήνας του που ακτινοβολεί ένα έντονο γαλαζόλευκο φως από μία επιφάνεια 16.000 φορές μικρότερη από την αρχική του. Δισεκατομμύρια όμως χρόνια αργότερα, ο άσπρος νάνος θα πάψει σιγά-σιγά να ακτινοβολεί, μετατρεπόμενος σ' έναν κρυστάλλινο, άψυχο, μαύρο νάνο. 

Τα πλανητικά νεφελώματα που τα παρατηρούμε ακόμη και με μικρά τηλεσκόπια εμφανίζονται συχνά να είναι στρογγυλά, όπως το M57, το Ring Nebula στον αστερισμό της Lyra. Εντούτοις, αυτά τα νεφελώματα έχουν και άλλες μορφές και εμφανίσεις. Ο NGC 7009, το νεφέλωμα του Κρόνου μοιάζει με ένα κομμάτι καραμέλας με το χαρτί περιτυλίγματος να στρίβεται στις άκρες. Το MyCn18 έχει μια σειρά δαχτυλιδιών που δίνουν του μια μορφή παρόμοια με μια κλεψύδρα. Ενώ, το NGC 2440 είναι συνολικά χαοτικό.

Λευκοί νάνοι

Τα διαστελλόμενα αέρια των πλανητικών νεφελωμάτων περιλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος της αρχικής μάζας ενός άστρου και, καθώς αποχωρίζονται απ' αυτόν, αφήνοντας γυμνό τον υπερθερμασμένον πυρήνα του, αποκαλύπτοντάς τον έτσι συγχρόνως. Βλέπουμε δηλαδή το "πτώμα" του αρχικού άστρου, που έχει φτάσει πια στο τέλος του. Το αρχικό δηλαδή άστρο έχει μετατραπεί σ' έναν λευκό νάνο που εκπέμπει τεράστιες ποσότητες υπεριώδους ακτινοβολίας και έχει επιφανειακή θερμοκρασία 100.000 βαθμών Κελσίου. Η μεγάλη όμως αυτή θερμότητα οφείλεται στην τρομαχτική συμπίεση των υλικών του που έχουν περιοριστεί σε μία σφαίρα με το μέγεθος της Γης μας. Τα διαστελλόμενα αέρια του κελύφους που περιβάλλει τον λευκό νάνο "ερεθίζονται" από την υπεριώδη ακτινοβολία του και λάμπουν.