Ο παλλόμενος ερυθρός γίγαντας S-Ori

Πηγή: ESO, 31 Μαΐου 2007

Χρησιμοποιώντας το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο VLTI της ESO στην περιοχή Paranal της Χιλής μια διεθνής ομάδα αστρονόμων έχει κάνει την πιο λεπτομερή μελέτη του περιβάλλοντος ενός παλλόμενου ερυθρού γίγαντα άστρου. Οι επιστήμονες εκτέλεσαν για πρώτη φορά μια σειρά συντονισμένων παρατηρήσεων σε τρία ξεχωριστά στρώματα μέσα στο ασθενή εξωτερικό κέλυφος του άστρου: το μοριακό κέλυφος, το κέλυφος της σκόνης, και το κέλυφος του μέϊζερ. Έτσι, έγινε μια σημαντική πρόοδος στην κατανόηση του μηχανισμού για το πώς, πριν πεθάνουν, τα γερασμένα αστέρια χάνουν τη μάζα τους και την επιστρέφουν στο διαστρικό μέσο. Το άστρο αυτό θα χάσει μάζα μεταξύ του ενός τρίτου και του μισού της κατά τη διάρκεια μιας φάσης, που λέγεται Mira.

Το S Orionis (S Ori) ανήκει στην κατηγορία των μεταβλητών άστρων τύπου Mira (από τη λατινική λέξη mirabilis που σημαίνει καταπληκτικό). Είναι ένα άστρο που, όπως και ο ήλιος μας σε 5 δισεκατομμύρια χρόνια, πλησιάζει το θλιβερό τέλος του ως λευκός νάνος. Όταν ο ήλιος μας θα γίνει ερυθρός γίγαντας, όπως είναι τώρα το S Orionis, το μέσο μέγεθός του θα επικαλύψει θανάσιμα την τροχιά του Ερμή, της Αφροδίτης, της Γης και του Άρη. Η τροχιά Δία θα είναι μόλις έξω από το κέλυφος του μέϊζερ.

Σκίτσο της δομής ενός παλλόμενου ερυθρού γίγαντα, όπως δημιουργήθηκε από την πρόσφατη συμβολομετρική μελέτη για το άστρο S Orionis. Το περιβάλλον γύρω από το μητρικό άστρο αποτελείται από τρία κύρια συστατικά: ένα μοριακό κέλυφος (εσωτερικό κόκκινο στρώμα), ένα κέλυφος σκόνης (εξωτερικό κόκκινο στρώμα) και ένα κέλυφος μέϊζερ (κόκκινα και πράσινα στίγματα). Οι κόκκοι του οξειδίου του αργιλίου αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του κέλυφους της σκόνης (που παρατηρείται στην υπέρυθρη ζώνη), ενώ η ραδιοεκπομπή του μέϊζερ προέρχεται από τα μόρια του μονοξειδίου του πυριτίου. Οι ταχύτητες των σημείων μέϊζερ δείχνουν ότι το αέριο διαστέλλεται, με μια ταχύτητα περίπου 10 km/s.

Τα άστρα Mira είναι πολύ μεγάλα και χάνουν τεράστια ποσά ύλης. Κάθε έτος, το S Ori εκτινάσσει τόση ύλη στο διάστημα όσο και η μάζα της γης, και πάλλεται με μια περίοδο 420 ημερών. Κατά τη διάρκεια του κύκλου του, αλλάζει η φωτεινότητά του κατά έναν παράγοντα της τάξης των 500, ενώ η διάμετρός του ποικίλλει κατά περίπου 20%,

Αν και τέτοια άστρα είναι τεράστια - είναι μεγαλύτερα εκατοντάδες φορές από τον ήλιο μας, δηλ. καλύπτουν την τροχιά της Γης γύρω από τον ήλιο - είναι επίσης απόμακρα και για να παρατηρήσουμε μέσα στα κελύφη τους απαιτείται πολύ υψηλή ανάλυση. Αυτό όμως μπορεί να επιτευχθεί μόνο με συμβολομετρικές τεχνικές.

Η εκπομπή μέϊζερ προέρχεται από τα μόρια του μονοξειδίου πυριτίου (SiO) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να απεικονίσει και να ακολουθήσει την κίνηση των νεφών του αερίου στο αστρικό κέλυφος, κατά προσέγγιση 10 φορές το μέγεθος του ήλιου.

Οι αστρονόμοι παρατήρησαν το S Ori με δύο από τις μεγαλύτερες συμβολομετρικές εγκαταστάσεις: το Πολύ Μεγάλο Συμβολόμετρο Τηλεσκοπίων της ESO (VLTI) στο όρος Paranal της Χιλής, παρατηρώντας στο εγγύς - και στα μέσα υπέρυθρα μήκη κύματος, και η Πολύ Μακριά Σειρά Γραμμών (VLBA), που κάνει μετρήσεις στην περιοχή των ραδιοκυμάτων.

Επειδή η φωτεινότητα του αστεριού αλλάζει περιοδικά, οι αστρονόμοι το παρατήρησαν ταυτόχρονα και με τα δύο όργανα, σε διαφορετικές εποχές. Η πρώτη εποχή ήταν κοντά στην αστρική ελάχιστη φωτεινότητα και η τελευταία αμέσως μετά από το μέγιστο στον επόμενο κύκλο.

Η διάμετρος του άστρου ποικίλλει μεταξύ 7,9 και 9,7 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Στην απόσταση του S Ori, αυτό αντιστοιχεί σε μια αλλαγή της ακτίνας του περίπου από 1,9 έως 2,3 φορές την απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου, ή μεταξύ 400 και 500 ηλιακών ακτίνων!

Σαν να μην ήταν αρκετά τέτοια μεγέθη, ο εσωτερικός φλοιός της σκόνης μετρήθηκε να είναι περίπου διπλάσιο. Τα σημεία μέϊζερ, που επίσης σχηματίζονται σε μια θέση διπλάσια της ακτίνας του άστρου, παρουσιάζουν την τυπική δομή μερικών έως πλήρων δαχτυλιδιών με μια συμπαγή κατανομή. Οι ταχύτητές τους δείχνουν ότι το αέριο επεκτείνεται ακτινωτά, απομακρυμένο με μια ταχύτητα περίπου 10 km/s.

Οι αστρονόμοι ακόμα διαπίστωσαν ότι οι κόκκοι του οξειδίου του αργιλίου - που λέγεται και κορούνδιο - αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του φλοιού της σκόνης του S Ori: το μέγεθος του κόκκου υπολογίζεται να είναι της τάξης των 10 εκατομμυριοστών του ενός εκατοστού, ή χίλιες φορές μικρότερο από τη διάμετρο μιας ανθρώπινης τρίχας.

"Επειδή είμαστε όλο από αστρόσκονη, μελετώντας τις φάσεις στη ζωή ενός άστρου όταν φεύγει υλικό στο διαστρικό μέσο το οποίο χρησιμοποιείται για την επόμενη γενεά των άστρων, πλανήτες και ανθρώπους, είναι πολύ σημαντικό", λέει ο Markus Wittkowski.

 

1. Το μέϊζερ είναι το μικροκυματικό ισοδύναμο του λέιζερ το οποίο εκπέμπει ορατό φως. Ένα μέϊζερ εκπέμπει ισχυρή μικροκυματική ακτινοβολία και η μελέτη του απαιτεί ραδιοτηλεσκόπια. Ένα αστροφυσικό μέϊζερ είναι μια πηγή με φυσικό τρόπο υποκινούμενης εκπομπής, που μπορεί να προκύψει σε μοριακά νέφη, κομήτες, πλανητικές ατμόσφαιρες, αστρικές ατμόσφαιρες, ή από διάφορες συνθήκες στο διαστρικό διάστημα.

2. Τα περισσότερα άστρα είναι σχεδόν σταθερής φωτεινότητας. Ο ήλιος μας είναι ένα καλό παράδειγμα ενός άστρου που παρουσιάζει σχετικά λίγη μεταβολή στη φωτεινότητα του (συνήθως περίπου 0,1% κατά τη διάρκεια του ηλιακού 11-ετούς κύκλου του). Πολλά αστέρια, εντούτοις, παρουσιάζουν σημαντικές μεταβολές στη φωτεινότητα τους, και αυτά είναι γνωστά ως μεταβλητά αστέρια.

Μιλώντας γενικά, τα μεταβλητά αστέρια είναι δύο τύπων:
Α. Αστέρια που είναι πραγματικά μεταβλητά, δηλαδή η φωτεινότητά τους αλλάζουν πραγματικά, παραδείγματος χάριν επειδή το αστέρι περιοδικά  'φουσκώνει' και 'ξεφουσκώνει'.
Β. Μεταβλητά άστρα λόγω εκλείψεων και περιστροφών, όπου οι φαινόμενες αλλαγές στη φωτεινότητα είναι ένα φαινόμενο που οφείλεται στην προοπτική.

Περίπου το 1600 αρχικά ανακαλύφθηκε ότι η φωτεινότητα μερικών άστρων ποικίλλει. Το 1572 και αργότερα το 1604, εμφανίστηκαν στον ουρανό οι σουπερνόβες, ενώ το 1596 ο David Fabricius ανακάλυψε ότι το αστέρι Omicron Ceti εξαφανιζόταν περιοδικά. Το 1642, αυτό το αστέρι ονομάστηκε Mira (από τη λατινική λέξη που σημαίνει θαυμάσιο ή καταπληκτικό) από το Johannes Hevelius. Αυτές οι ανακαλύψεις απέδειξαν ότι ο έναστρος ουρανός δεν ήταν αιώνια αμετάβλητος, όπως έλεγε ο Αριστοτέλης και άλλοι αρχαίοι φιλόσοφοι. Κατ' αυτό τον τρόπο η ανακάλυψη των μεταβλητών άστρων συνέβαλε στην αστρονομική επανάσταση του δέκατου έκτου και στους επόμενους αιώνες.

Η τελευταία έκδοση του γενικού καταλόγου των μεταβλητών άστρων (2003) απαριθμεί σχεδόν 40.000 μεταβλητά αστέρια στο Γαλαξία μας, καθώς επίσης και 10.000 σε άλλους γαλαξίες, και πάνω από 10.000 "πιθανά" μεταβλητά.