Πως οι επιστήμονες μετράνε την ηλικία ενός άστρου;

άστρου
Φαντασμαγορική άποψη του σύμπαντος. Πηγή: https://www.sciencenews.org/

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η ανθρωπότητα έχει ανακαλύψει εκατομμύρια αστέρια στο σύμπαν. Μετά από αιώνες παρατηρήσεων του νυχτερινού ουρανού με τηλεσκόπια, οι αστρονόμοι μπορούν να υπολογίσουν σημαντικές παραμέτρους ενός άστρου, όπως η μάζα ή η σύστασή του. Για τον υπολογισμό της μάζας ενός αστέρα χρειάζεται απλά η περίοδος της τροχιάς του κι έπειτα λίγη άλγεβρα. Για να καθορίσουμε από τι είναι φτιαγμένο, μελετάμε τα φάσμα εκπομπής της ακτινοβολίας που εκπέμπει. Αλλά, η μία παράμετρος που απασχολεί έντονα τους επιστήμονες και δεν έχουν καταλήξει ακόμα σε μία καθολική και αποδεδιγμένη μέθοδο υπολογισμού της, είναι ο χρόνος.

“Το μόνο άστρο που γνωρίζουμε με σιγουριά την ηλικία του είναι ο Ήλιος”, τονίζει ο David Soderblom του Επιστημονικού Ινστιτούτου Διαστημικού Τηλεσκοπίου (Space Telescope Science Institute) στη Βαλτιμόρη. Υπολογισμοί βασισμένοι στη φυσική και σε έμμεσες μετρήσεις της ηλικίας ενός άστρου δίνουν μια καλή αλλά όχι ακριβή εκτίμηση. Επίσης, κάποιοι τρόποι δουλεύουν καλύτερα για διαφορετικούς τύπους άστρων. Παρακάτω θα παρουσιάσουμε τους τρεις κυριότερους εξ’ αυτων.


ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ HERTZSPRUNG-RUSSELL

Οι επιστήμονες έχουν μια αρκετά καλή εικόνα στο πως τα άστρα γεννιούνται, πως ζουν και πως πεθαίνουν. Για παράδειγμα, τα άστρα ζουν καίγοντας τα αποθέματα υδρογόνου τους, διογκώνονται και τελικά αποβάλλουν όλα τα αέριά τους στο διάστημα, συνήθως με ένα bang. Αλλά στο πότε ακριβώς συμβαίνει κάθε στάδια του κύκλου ζωής του άστρου είναι που τα πράγματα γίνονται πιο περίπλοκα. Ανάλογα με τη μάζα τους, ορισμένα άστρα περνάνε από αυτά τα στάδια της ζωής τους σε διαφορετικά έτη. Τα πιο μεγάλα άστρα πεθαίνουν νέα, ενώ τα λιγότερο ογκώδη άστρα μπορούν να καίνε για δισεκατομμύρια χρόνια.

Στα τέλη του 20ου αιώνα, δύο αστρονόμοι, ο Ejnar Hertzsprung και ο Henry Norris Russell, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον, σκέφτηκαν να βάλουν στο ίδιο διάγραμμα την θερμοκρασία των άστρων σε σχέση με τη φωτεινότητά τους.  Κάθε στάδιο ζωής του άστρου αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη αλλαγή της θερμοκρασίας και της φωτεινότητάς του, το οποίο μπορεί να μετακινείται σε διαφορετικές περιοχές του διαγράμματος HR καθώς εξελίσσεται.

Διάγραμμα Hertzsprung-Russell σε διάφορα στάδια της αστρικής εξέλιξης. Πηγή: https://astronomy.swin.edu.au/

Το παραπάνω διάγραμμα HR δείχνει μια ομάδα άστρων σε διάφορα στάδια της εξέλιξής τους. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό του διαγράμματος είναι η κύρια ακολουθία (main sequence), που εκτείνεται από πάνω αριστερά (καυτά, φωτεινά άστρα), έως και κάτω δεξιά (ψυχρά, αμυδρά άστρα). Σε αυτήν την περιοχή τα άστρα περνούν περίπου το 90% της ζωής τους. Ο Ήλιος μας βρίσκεται σε αυτήν την περιοχή με φωτεινότητα 1 και θερμοκρασία 5.400 K.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΑ

Οι κόκκινοι γίγαντες και οι υπεργίγαντες είναι άστρα που συναντάμε στην περιοχή πάνω από την κύρια ακολουθία. Έχουν χαμηλές θερμοκρασίες στην επιφάνειά τους και υψηλές φωτεινότητες. Τα άστρα εισέρχονται σε αυτό το προχωρημένο στάδιο της ζωής τους, μόλις εξαντλήσουν τα αποθέματα υγρογόνου στον πυρήνα τους και αρχίσουν να καίνε ήλιο και άλλα βαρέα μέταλλα.

Οι λευκοί γίγαντες είναι το τελευταίο στάδιο στη ζωή των άστρων με μικρή έως μεσαία μάζα και βρίσκονται κάτω αριστερά στο διάγραμμα. Πρόκειται για πολύ καυτά άστρα με χαμηλή φωτεινότητα λόγω του μικρού τους μεγέθους.


ΡΥΘΜΟΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗΣ

Μέχρι το 1970, οι αστροφυσικοί είχαν παρατηρήσει την εξής τάση: τα άστρα στα νεότερα σμήνη περιστρέφονται πιο γρήγορα από άστρα σε μεγαλύτερα ηλικιακά σμήνη. Το 1972 ο αστρονόμος Andrew Skumanich χρησιμοποίησε τον ρυθμό περιστροφής του άστρου και την δραστηριότητα στην επιφάνειά του, ώστε να προτίνει μια απλή εξίσωση για την εκτίμηση της ηλικίας του άστρου. Ο ρυθμός περιστροφής του άστρου ισούται με το αντίστροφο της ρίζας της ηλικίας του.

Αυτή ήταν η μέθοδος που χρησιμοποιούταν για αρκετές δεκαετίες, αλλά νέα δεδομένα έχουν ανακαλύψει κενά στη συγκεκριμένη θεωρία. Τελικά, κάποια άστρα δεν επιβραδύνουν από ένα σημείο κι έπειτα, αλλά διατηρούν τον ίδιο ρυθμό περιστροφής για το υπόλοιπο της ζωής τους.


ΑΣΤΡΙΚΗ ΣΕΙΣΜΟΛΟΓΙΑ

άστρου
Τηλεσκόπιο και άστρα. Φωτογραφία: Vadim Sadovski/Shutterstock.com

Τα νέα δεδομένα που επιβεβαίωσαν ότι ο ρυθμός περιστροφής δεν είναι ο πλέον αξιόπιστος τρόπος εκτίμησης της ηλικίας των άστρων προήλθαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο εξωπλανητών Kepler. Όχι απλώς ένα όργανο για την εύρεση εξωπλανητών, αλλά και κάτι παραπάνω. Το τηλεσκόπιο Kepler ώθησε την αστρική σεισμολογία στο προσκήνιο παρατηρώντας απλά τα ίδια αστέρια για πάρα πολύ καιρό.

Η παρακολούθηση ενός άστρου που ταλαντώνεται μπορεί να δώσει στοιχεία για την ηλικία του. Οι επιστήμονες εξετάζουν τις αλλαγές στη φωτεινότητα ενός αστεριού ως μια ένδειξη του τι συμβαίνει κάτω από την επιφάνεια και μέσω μοντελοποίησης, υπολογίζουν κατά προσέγγιση την ηλικία του. Για να γίνει αυτό, απαιτούνται μεγάλα σύνολα δεδομένων για τη φωτεινότητα του αστεριού, κάτι που θα μπορεί να προσφέρει το τηλεσκόπιο Kepler.

Αυτή η προσέγγιση βοήθησε να αποκαλυφθεί η μαγνητική κρίση της μέσης ηλικίας του ήλιου και πρόσφατα παρείχε κάποιες ενδείξεις για την εξέλιξη του Γαλαξία μας. Περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, ο γαλαξίας μας συγκρούστηκε με έναν νάνο γαλαξία. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι τα αστέρια που άφησε πίσω του ο νάνος γαλαξίας είναι νεότερα ή περίπου στην ίδια ηλικία με τα αρχικά αστέρια του Γαλαξία μας. Έτσι, ο Γαλαξίας μπορεί να εξελίχθηκε πιο γρήγορα από ό, τι πιστεύαμε.


Πηγές που χρησιμοποιήθηκαν για το άρθρο:

Διαδίκτυο
  • Science News | The latest news from all areas of science, ανακτήθηκε από https://www.sciencenews.org/, τελευταία επίσκεψη 19/09/2021.
  • Swinburne University of Technology, ανακτήθηκε από https://www.swinburne.edu.au/, τελευταία επίσκεψη 19/09/2021.

Λίγα λόγια για τον συντάκτη

Χρήστος Γιαννακλής

Φυσικός, 22 ετών, με πτυχίο από το Πανεπιστήμιο Πατρών και μέλος του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας μέσω του μεταπτυχιακού προγράμματος 'Εφαρμοσμένη Μετεωρολογία & Φυσική Περιβάλλοντος'. Hobbies: Αθλητισμός, μουσική, κινηματογράφος.

Εβδομαδιαία ενημέρωση απο το maxmag στο email σου

Η ενημέρωση σου, για όλα τα θέματα, επί παντός επιστητού, είναι προτεραιότητα για μας στο MAXMAG. Αυτός είναι κ ο λόγος, για τον οποίο κάθε εβδομάδα οι συντάκτες μας θα επιλέγουν τα 15 σημαντικότερα άρθρα, από όλες τις στήλες του περιοδικού και θα φροντίζουμε να τα λαμβάνεις απευθείας στο email σου. Όλες οι σημαντικές ειδήσεις θα σε περιμένουν να τις ανοίξεις. Το μόνο που χρειάζεται να κάνεις είναι μια εγγραφή στο Newsletter μας. Τι περιμένεις λοιπόν;