Πώς οι λευκοί νάνοι παίρνουν μια ώθηση κατά το σχηματισμό τους

Πηγή: PhysOrg, 3 Δεκεμβρίου 2007

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA μας έδωσε ισχυρές αποδείξεις ότι στους λευκούς νάνους, τα λείψανα των άστρων που έκαψαν όλο το υδρογόνο τους, δίνεται ένα 'λάκτισμα' ή μια δυνατή ώθηση όταν σχηματίζονται.

Η Προηγμένη Κάμερα του Hubble αποκάλυψε τους ταχείς λευκούς νάνους στο αρχαία σφαιρωτό σμήνος NGC 6397, ένα πυκνό σμήνος άστρων με εκατοντάδες χιλιάδες αστέρια.

Προτού τα αστέρια τελειώσουν τα καύσιμα τους και γίνουν λευκοί νάνοι, ήταν μεταξύ των πιο μεγάλων άστρων στο σμήνος NGC 6397. Επειδή τα βαριά αστέρια θεωρούσαμε πως συγκεντρώνονται μαζί στον πυρήνα ενός σφαιρωτού σμήνους, οι αστρονόμοι υπέθεσαν ότι οι πιο πρόσφατοι λευκοί νάνοι κατοικούσαν κοντά στο κέντρο του σμήνους.

Το Hubble, εντούτοις, ανακάλυψε νέους λευκούς νάνους να κατοικούν στην άκρη του σμήνους NGC 6397, που είναι ηλικίας περίπου 11,5 δισεκατομμυρίων ετών.

"Η κατανομή των νέων λευκών νάνων είναι ακριβώς το αντίθετο αυτού που αναμείναμε," λέει ο αστρονόμος Harvey Richer του πανεπιστημίου της Βρετανικής Κολούμπια στο Βανκούβερ. "Η ιδέα μας είναι ότι καθώς τα ηλικιωμένα αστέρια εξελίσσονται σε λευκούς νάνους, τους δίνεται μια ώθηση 3 έως 5 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, που τους εκτοξεύει στα εξωτερικά όρια του σμήνους."

Ο Richer πρότεινε ότι οι λευκοί νάνοι ωθούνται εκτινάσσοντας προς τα πίσω μια μάζα, όπως οι πύραυλοι. Προτού να εξελιχθούν τα αστέρια σε λευκούς νάνους, φουσκώνουν και γίνονται κόκκινοι γίγαντες. Τα κόκκινα γιγαντιαία αστέρια χάνουν τη μισή μάζα τους που σκορπίζεται στο διάστημα. Εάν η περισσότερη από αυτή τη μάζα εκτιναχθεί προς μια κατεύθυνση, θα μπορούσε να ωθήσει με μεγάλη ταχύτητα τον λευκό νάνο στο διάστημα, ακριβώς όπως το αέριο φεύγει από τους πυραύλους και ωθεί τα διαστημόπλοια μπροστά, προτείνει ο Richer.

Παρατηρήσεις που έγιναν σε κάποια πλανητικά νεφελώματα έδειξαν ένα παρόμοιο φαινόμενο: μια εκροή υλικού σαν πίδακας είχε σαν αποτέλεσμα τα πλανητικά νεφελώματα να κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Και μάλιστα, λέει ο Richer, ένας πολύ ισχυρός πίδακας θα μπορούσε να επιταχύνει το λευκό νάνο στην αντίθετη κατεύθυνση.

Η ιδέα ότι οι νέοι λευκοί νάνοι γεννιούνται με μία ώθηση προτάθηκε πριν 30 χρόνια για να εξηγήσει γιατί υπήρχαν τόσο λίγοι στα ανοικτά σμήνη των άστρων. Το 2003 ο Michael Fellhauer του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Santa Cruz υπολόγισε ότι εάν στους λευκούς νάνους δοθεί μια μικρή ώθηση, θα μπορούσαν να φύγουν τελείως από τα ανοικτά σμήνη. Είναι ευκολότερο, εντούτοις, για τους λευκούς νάνους να δραπετεύσουν από τα ανοικτά σμήνη με ασθενή βαρύτητα παρά να γίνουν 'πύραυλοι' στα σφαιρωτά σμήνη, που είναι τουλάχιστον 100 φορές πιο βαριά από τα ανοικτά σμήνη.

Ο Richer και η ομάδα του, επομένως, αποφάσισε να εξετάσει τη θεωρία της επιτάχυνσης σε ένα σφαιρωτό σμήνος. Οι αστρονόμοι επέλεξαν το σμήνος NGC 6397 επειδή βρίσκεται μόνο 8.500 έτη φωτός μακριά, και είναι ένα από τα πλησιέστερα σφαιρωτά σμήνη αστεριών στη γη. Περίπου 150 σφαιρωτά σμήνη υπάρχουν στο Γαλαξία, και το κάθε ένα περιέχει μέχρι 1 εκατομμύριο αστέρια.

Η ομάδα μελέτησε 22 νέους λευκούς νάνους ηλικίας το λιγότερο 800 εκατομμυρίων ετών και 62 παλαιότερους λευκούς νάνους μεταξύ 1,4 και 3,5 δισεκατομμυρίων ετών. Οι αστρονόμοι διέκριναν το νεώτερο από τους παλαιότερους λευκούς νάνους βασισμένοι στο χρώμα και τη φωτεινότητά τους. Οι νεώτεροι λευκοί νάνοι είναι πιο καυτοί και επομένως πιο μπλε και φωτεινότεροι από τους παλαιότερους.

Στα σφαιρωτά σμήνη τα αστέρια τοποθετούνται σύμφωνα με τη μάζα τους και έτσι όσο πιο βαριά είναι τα αστέρια επιβραδύνονται και βυθίζουν στον πυρήνα του σμήνους, ενώ τα ελαφρύτερα αστέρια αποκτούν μεγάλη ταχύτητα και κινούνται σε ολόκληρη το σμήνος προς τα περίχωρά του. Η ομάδα του Richer διαπίστωσε ότι οι παλαιότεροι λευκοί νάνοι συμπεριφέρονταν όπως αναμένονται: Διασκορπίζονταν σε όλο το σμήνος σύμφωνα με το βάρος τους.

Οι νέοι λευκοί νάνοι, εντούτοις, βρέθηκαν απροσδόκητα στην άκρη του σμήνους, μπερδεύοντας ακόμα πιο πολύ την ομάδα του Richer.

Η κανονική θέση που τα περίμεναν ήταν κοντά στο κέντρο επειδή τα αστέρια πρόγονοι τους ήταν τα βαρύτερα αστέρια στο σμήνος. Αυτοί όμως οι λευκοί νάνοι είναι τόσο νέοι που δεν είχαν αρκετές συναντήσεις με άλλα αστέρια για να τα σκορπίσουν σε ολόκληρο το σμήνος, κάτι που προτείνει ότι κάποιος άλλος μηχανισμός (ένα λάκτισμα) θα φταίει.

"Την πρώτη φορά που σχεδιάσαμε την κατανομή και βρήκαμε τη διαφορά, σκεφτήκαμε, "Θεέ μου τι άραγε  συμβαίνει;" λέει το μέλος της ομάδας Saul Davis, ένας μεταπτυχιακός σπουδαστής στο ίδιο πανεπιστήμιο. "Για πολύ καιρό, νομίζαμε ότι είχαμε κάνει λάθος. Αλλά δεν βρήκαμε κανένα."

Η ομάδα εξέτασε κι άλλες εξηγήσεις για τη θέση των νέων λευκών νάνων. "Θα μπορούσαν να είναι μέλη δυαδικών συστημάτων και να έχουν αποκτήσει νια ώθηση προς τα έξω από τους συνεργάτες τους. Ή ίσως τους δόθηκε μια ώθηση μόλις συναντήθηκαν βαρύτερα αστέρια. Η ομάδα, εντούτοις, απέκλεισε αυτές τις εξηγήσεις μέσω προσομοιώσεων σε υπολογιστές.

Ο Richer ελπίζει να μελετηθούν κι άλλα σφαιρωτά σμήνη για τους λευκούς νάνους που φεύγουν στην άκρη του σμήνους.

Τα αποτελέσματα της έρευνας θα εμφανιστούν στο Monthly Notices της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας.