Παρασκευή, 28 Δεκεμβρίου 2007

Η γέννηση, η ζωή κι ο θάνατος των αστεριών

Νεφέλωμα Ροζέτα
Σκοτεινό νεφέλωμα και εκπομπής
NGC 2237
Απόσταση :
5.000 έτη φωτός
Διάμετρος : 100 έτη φωτός
Εντός του αστρικού εργοστασίου του Νεφελώματος Ροζέτα, νέφη αερίου και σκόνης ανακατεύονται και δημιουργούν σκοτεινούς θύλακες σχηματισμού αστεριών. Οι αστρικοί άνεμοι που προέρχονται από το νεογέννητο σμήνος αστεριών που βλέπουμε στο κέντρο της, διώχνουν μακριά το μητρικό τους νεφέλωμα.
Gile Sparrow, Αστρονόμος
Cosmos,Quercus Pubblishing Ltd, London 2006
Τ' αστέρια γεννιούνται μέσα στα μεσοαστρικά νέφη υδρογόνου που υπάρχουν στο σύμπαν. Μόρια υδρογόνου και κόκκοι σκόνης κινούνται και συγκρούονται συνεχώς μεταξύ τους. Μια περιοχή μεγαλύτερης πυκνότητας αρχίζει να παίρνει δισκοειδές σχήμα που περιστρέφεται όλο και ταχύτερα και ύλη πέφτει προς το κέντρο της.

Το συστελλόμενο και περιστρεφόμενο νέφος απλώνεται υπό μορφή δίσκου γύρω από ένα κεντρικό εξόγκωμα. Από το εξόγκωμα θα σχηματιστεί το άστρο, ενώ ο δίσκος θα διασπαστεί σε πλανήτες. Αυτή η ιδέα ενισχύθηκε το 1983, όταν ο Αστρονομικός Δορυφόρος Υπερύθρου ( Infrared Astronomy Satellite, IRAS ) ανακάλυψε τέτοιους πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω από μερικά αστέρια. ( Βλ. παρακάτω φωτογραφία ).

Εικόνα από τον IRAS, στην οποία παρουσιάζεται ο πρωτοπλανητικός δίσκος γύρω από το άστρο β' pictoris.
Jayant Narlikar, Αστροφυσικός
Τα 7 θαύματα του Σύμπαντος, Τραυλός 2001

Εξωηλιακό σύστημα UX Tau A
Ηλικία :
ένα εκατομμύριο χρόνια
Απόσταση : 450 έτη φωτός περίπου
Καλλιτεχνική απεικόνιση του εξωηλιακού συστήματος UX Tau A που παρατηρήθηκε από το Διαστημικό τηλεσκόπιο υπέρυθρου Spitzer.
Οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι στον πρωτοπλανητικό δίσκο που σχηματίζεται γύρω από το εξωηλιακό αστέρι που απέχει 450 έτη φωτός περίπου από τη Γη, υπάρχει ένα κενό που εκτείνεται σε μια απόσταση ίση με εκείνη μεταξύ του Ερμή και του Πλούτωνα του δικού μας ηλιακού συστήματος. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι αυτό το κενό παράγεται κατά την δημιουργία πλανητών.
Το αστέρι μεγαλώνει και δηλαδή αποκτά όλο και μεγαλύτερη μάζα στροβιλιζόμενων αερίων και αστρικής σκόνης. Στο εσωτερικό αυτής της μάζας υπάρχουν εσωτερικές έλξεις, οι βαρυτικές δυνάμεις, που τείνουν να την συρρικνώσουν. Η θερμοκρασία ανεβαίνει και όταν φτάσει σε πολύ υψηλούς βαθμούς, τα άτομα και τα μόρια που αποτελούν τα αέρια αυτής της μάζας, συγκρούονται συχνότερα και βιαιότερα.
Κατά την διάρκεια αυτών των συγκρούσεων, τα άτομα υδρογόνου, που αποτελούνται το καθένα από ένα πυρήνα ( αποτελούμενο από 1 πρωτόνιο ) και 1 ηλεκτρόνιο σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα, ενδέχεται να χάσουν κάποια από τα εξωτερικά τους ηλεκτρόνια. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι πυρήνες ( σκέτοι, χωρίς ηλεκτρόνια ) αυτών των ατόμων κινούνται σε μια θάλασσα ηλεκτρονίων. Αυτή είναι μια νέα κατάσταση ύλης που ονομάζεται πλάσμα και παίρνει την θέση του αερίου στο κέντρο του αστεριού.

Tο μοντέλο του Ράδερφορντ για το άτομο
Simon Singh, Μοριακός Φυσικός, Big Bang, Τραυλός 2005
Στο εσωτερικό του θερμού αυτού πλάσματος, με θερμοκρασίες που ξεπερνούν τους 10.000.000 βαθμούς, η πυρηνική δύναμη, δηλαδή η δύναμη που συγκρατεί μεταξύ τους τα σωματίδια του πυρήνα ( πρωτόνια και τα νετρόνια ) μπορεί να παγιδεύσει 2 πρωτόνια και να προκαλέσει έτσι την σύντηξή τους σ΄ένα πυρήνα μεγαλύτερης μάζας. ( Αυτή είναι η πρώτη πυρηνική αντίδραση που συμβαίνει στο άστρο). Ο νέος πυρήνας αποτελείται από 2 πρωτόνια και 2 νετρόνια και είναι ο πυρήνας του ηλίου.

Η πιο διάσημη εξίσωση όλων των εποχών
Stephen Hawking, Στους ώμους γιγάντων, Τραυλός 2006
Η μάζα αυτού του πυρήνα είναι λίγο μικρότερη από το άθροισμα των μαζών τεσσάρων πυρήνων υδρογόνου. Αυτό το έλλειμμα μάζας, δεν χάνεται αλλά, σύμφωνα με την περίφημη εξίσωση του Αϊνστάιν ( όπου η μάζα, όταν έχει την ταχύτητα του φωτός μετατρέπεται σε ενέργεια ) , θα εμφανιστεί υπό τη μορφή ισοδύναμης ενέργειας που είναι και η ενέργεια που εκπέμπει ο ήλιος μας ακτινοβολώντας.
Ο Simon Singh, Μοριακός φυσικός, στο βιβλίο του Big Bang, Τραυλός 2005, μας εξηγεί ότι πρόκειται για μια απώλεια μάζας 7% : " 1 κιλό υδρογόνου" γράφει, " συντήκεται σε 0,993 κιλά ηλίου, με μια απώλεια μάζας 0,007 κιλά. Αυτά τα 7 γραμμάρια δίνουν μια ενέργεια ισοδύναμη με αυτήν που παράγεται κατά την καύση 100.000 τόνων κάρβουνου. "
Ο Ήλιος μετατρέπει 584 εκατομμύρια τόνους υδρογόνου σε 580 εκατομμύρια τόνους ηλίου κάθε δευτερόλεπτο, μετατρέποντας τη μάζα που λείπει σε ενέργεια ηλιακής ακτινοβολίας. Παρά την ηλικία και τον τεράστιο ρυθμό κατανάλωσης, το ενεργειακό απόθεμα υδρογόνου του Ήλιου είναι τόσο μεγάλο ώστε θα συνεχίσει να παράγει ενέργεια για άλλα έξι δισεκατομμύρια χρόνια.
Αλλά ας ξαναγυρίσουμε στις διαδικασίες πυρηνικής σύντηξης.
Μ' αυτή την πρώτη, τ' αστέρι αρχίζει λοιπόν να λάμπει.
Λόγω του βάρους της μάζας του, δημιουργούνται τεράστιες βαρυτικές πιέσεις που διατηρούν στο κέντρο το θερμό πλάσμα σε κατάσταση ευσταθούς ισορροπίας. Όταν όμως τ' αστέρι καταναλώσει όλο το καύσιμο υδρογόνο του στις αντιδράσεις σύντηξης, θα σταματήσει να παράγει ενέργεια με σύντηξη ηλίου.
Σ' αυτό το στάδιο, θα αποτελείται από έναν πυρήνα με ήλιο κι ένα εξωτερικό περίβλημα με υδρογόνο σε αισθητά χαμηλότερη θερμοκρασία. Ενώ δηλαδή η θερμοκρασία του πυρήνα είναι μεγαλύτερη από 10.000.000 βαθμούς, στην επιφάνεια του περιβλήματος μειώνεται σε λίγες χιλιάδες βαθμούς. Το υδρογόνο υπάρχει, αλλά είναι πολύ ψυχρό για να συντηχθεί σε ήλιο κι αυτός είναι κι ο λόγος για τον οποίο έχει διακοπεί η παραγωγή ενέργειας.
Με την διακοπή παραγωγής ενέργειας, οι βαρυτικές πιέσεις δεν έχουν πια την δυνατότητα να αντισταθούν στην βαρυτική συστολή κι έτσι ο πυρήνας αρχίζει να συστέλλεται.
Καθώς ο πυρήνας ηλίου συρρικνώνεται, η θερμοκρασία του αυξάνει. Όταν πλησιάσει τους 100.000.000 βαθμούς, σταματάει να παραμένει αδρανής κι αρχίζει να συμμετέχει σε μια νέα αντίδραση σύντηξης όπου μια τριάδα πυρήνων ηλίου συνδυάζεται και σχηματίζει έναν πυρήνα άνθρακα. Καθώς ενεργοποιείται μια νέα πηγή ενέργειας, αυξάνονται εκ νέου οι πιέσεις στον πυρήνα που σταματά να συστέλλεται.
Οι πιέσεις αυτές όμως δεν περιορίζονται μόνο στον πυρήνα του αστεριού. Αναπτύσσονται και στο περίβλημα, καθώς προσπαθεί να προσαρμοστεί στη νέα κατάσταση. Το περίβλημα διαστέλλεται σταθερά και τελικά ισορροπεί σε μια νέα ακτίνα η οποία μπορεί να είναι εκατό και πλέον φορές μεγαλύτερη από την αρχική ακτίνα του αστεριού.
Εκτός από την ακτίνα, αυξάνει και ρυθμός της εκπεμπόμενης ενέργειας κι έτσι τ' αστέρι γίνεται φωτεινότερο. Ωστόσο, ενώ ο πυρήνας θερμαίνεται λόγω της συστολής, η διαστολή των αερίων του περιβλήματος μειώνει την επιφανειακή θερμοκρασία του ( μπορεί να μειωθεί περισσότερο από 2000 βαθμούς ) και δηλαδή το περίβλημα ψύχεται. Το αποτέλεσμα είναι ότι τ' αστέρι φαίνεται μεγαλύτερο αλλά πιο ερυθρό, γίνεται ένας ερυθρός γίγαντας.
Το κεντρικό του τμήμα, που περιέχει τώρα άνθρακα, περιβάλλεται από ένα κέλυφος ηλίου που δεν είναι αρκετά θερμό για ν' αρχίσει η σύντηξή του. Το κέλυφος ηλίου, περιβάλλεται με τη σειρά του από ένα φλοιό ακόμα ψυχρότερου υδρογόνου. Τ' αστέρι δεν μπορεί πλέον να χρησιμοποιήσει ως πηγή ενέργειας το απόθεμα ηλίου και βρίσκεται άλλη μια φορά σε κρίσιμο σημείο.
Κατά τα γνωστά, ο πυρήνας συστέλλεται και θερμαίνεται, αποκτώντας υψηλή θερμοκρασία για να σχηματίσει έναν ακόμα μεγαλύτερο πυρήνα, τον πυρήνα οξυγόνου.
.
Εξελικτική διαδρομή αστέρων μικρής μάζας
Από αριστερά προς τα δεξιά : αρχικό αστέρι, κόκκινος γίγαντας, πλανητικό νεφέλωμα, λευκός νάνος.
Gile Sparrow, Cosmos,Quercus Pubblishing Ltd, London 2006
Για τ’ αστέρια μάζας ίσης ή δυό φορές μεγαλύτερης του Ήλιου, η παραγωγή ενέργειας μέσω σύντηξης ηλίου με οξυγόνο σταματά εδώ. Το περίβλημα διαστέλλεται περισσότερο, ψύχεται και το άστρο φαίνεται ακόμα μεγαλύτερο και πιο ερυθρό. Για παράδειγμα, όταν ο ήλιος θα γίνει ερυθρός γίγαντας, η ακτίνα του μπορεί ν' αυξηθεί σε σημείο να " καταπιεί " τους εσωτερικούς πλανήτες : τον Ερμή, την Αφροδίτη και την γη, πιθανότατα και τον Άρη.
Τα τελευταία στάδια της καύσης ενός αστεριού μικρής μάζας είναι ασταθή : τ' αστέρι εκτινάσσει βαθμιαία μικρά τμήματα από το εξωτερικό του περίβλημα στο γύρω διάστημα σχηματίζοντας ένα πλανητικό νεφέλωμα που μοιάζει με δαχτυλίδι καπνού. Το δαχτυλίδι αυτό φωτίζεται από την ακτινοβολία του θερμού συστελλόμενου αστέρα η οποία ανάβει το αέριο που τον περιβάλλει, ακριβώς όπως συμβαίνει σ' έναν λαμπτήρα φθορισμού.
Ένας τέτοιος δακτύλιος ο οποίος ονομάζεται πλανητικό " νεφέλωμα " επειδή έχει νεφελώδη δομή και " πλανητικό " επειδή φωτίζεται από το γονικό αστέρι όπως ένας πλανήτης, φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία.

Το Δακτυλιοειδές Νεφέλωμα στον αστερισμό Λύρα
Πλανητικό Νεφέλωμα
M57
Απόσταση : 2.200 έτη φωτός
Αυτά τα " 'οπλα που καπνίζουν " παίζουν έναν σημαντικό ρόλο στο γαλακτικό οικοσύστημα. Σαν πλανητικά νεφελώματα, με την επέκτασή τους εμπλουτίζουν το αστρικό μεσοδιάστημα με τα φρούτα της πυρηνικής σύντηξης - στοιχεία όπως ο άνθρακας, άζωτο κι οξυγόνο - και σπέρνουν τους σπόρους για τις νέες γενιές αστέρων, πλανητών και ανθρώπων.
Από το προηγούμενο βιβλίο, Cosmos
Εκτινάσσοντας τέτοιους " δακτύλιους καπνού " ο ερυθρός γίγαντας κατορθώνει να ελαττώσσει τη μάζα του. Αν η μάζα του ελαττωθεί αρκετά, μετά την εξάντληση των καυσίμων ο εσωτερικός του πυρήνας συμπιέζεται δημιουργώντας ένα λευκό νάνο.
Ένας λευκός νάνος δεσμεύει άνθρακα κι οξυγόνο στο εσωτερικό του, όπου και βρίσκονται σε σχεδόν κρυσταλλική κατάσταση. Δεν υπάρχει πλέον παραγωγή ενέργειας και δεν συντίθενται νέα στοιχεία, το άστρο συγκρατείται από την κβαντική άπωση των ελεύθερων ηλεκτρονίων του. Πολύ αργά, συνεχίζει να κρυώνει και να συστέλλεται, γίνεται αμυδρότερο, κάτω από το όριο ανίχνευσης. Σταδιακά μεταβάλλεται σε ερυθρό, καφέ και τελικά μαύρο νάνο.
Εδώ πρέπει να πούμε ότι ο άνθρακας και το όξυγόνο αποτελούν τα στοιχεία με τη μεγαλύτερη περιεκτικότητα που δημιουργούνται στ’ αστέρια. Οι πολλές συγκρούσεις των πρωτονίων με τα άτομα του ηλίου δεν γεννούν σημαντικά προϊόντα σύντηξης. Το λίθιο, το βόριο και το βηρύλλιο που έχουν μικρότερους πυρήνες από τον άνθρακα, απαντώνται σε περιεκτικότητα ένα εκατομμύριο φορές μικρότερη.
.
Εξελικτική διαδρομή αστεριών μεγάλης μάζας
Από αριστερά προς τα δεξιά : αρχικό αστέρι, κόκκινος γίγαντας, υπερκαινοφανής, αστέρι νετρονίων (πάνω δεξιά ) ή μαύρη τρύπα ( κάτω δεξιά ).
Gile Sparrow, Cosmos,Quercus Pubblishing Ltd, London 2006
Τ’ αστέρια μεγαλύτερη μάζας, ακολουθούν μια συντομότερη κι εντονότερη εξελικτική διαδρομή. Το βάρος των εξωτερικών στρωμάτων του αστεριού δημιουργεί υψηλότερη πίεση και θερμοκρασία στον πυρήνα ενώ οδηγεί σ’ ένα περισσότερο διαφοροποιημένο σύνολο πυρηνικών αντιδράσεων.
Αν και σπανιότερο, ένα βαρύ άστέρι 20 ηλιακών μαζών π.χ., λάμπει 20.000 φορές περισσότερο από τον ήλιο αλλά, διατρέχοντας τη φάση σύντηξης υδρογόνου 1.000 φορές πιο γρήγορα, διογκώνεται σε ερυθρό γίγαντα σε μόνο 10 εκατομμύρια χρόνια αντί των 10 δισεκατομμυρίων που χρειάζονται για τον Ήλιο.
Στο εσωτερικό ενός αστεριού μεγάλης μάζας, οι πυρηνικές αντιδράσεις συνεχίζονται σχηματίζοντας πυρήνες όλο και βαρύτερους καθώς κατά την σύντηξη μ' ένα πυρήνα ηλίου προστίθενται 4 σωματίδια : το οξυγόνο συντήκεται με το ήλιο για να συνθέσει το στοιχείο νέο, ο πυρήνας του οποίου αποτελείται από 20 σωματίδια. Το νέο συντήκεται με το ήλιο για να συνθέσει το μαγνήσιο ( 24 ) το πυρίτιο ( 28 ) το θείο ( 32 ) κοκ., μέχρι τα σωματίδια ν’ αυξηθούν σε 56 που είναι η ομάδα του σιδήρου, του κοβαλτίου και του νικελίου.
Ο σίδηρος έχει τον πιο σφιχτοδεμένο πυρήνα και καταλαμβάνει μια ειδική θέση στην σύνθεση του σύμπαντος : ενώ η σύντηξη των ελαφρότερων στοιχείων απελευθερώνει ενέργεια, ο σχηματισμός ενός πυρήνα βαρύτερου του σιδήρου, απαιτεί δαπάνη ενέργειας. Αυτό το γεγονός, που έχει επιβεβαιωθεί σε επίγεια εργαστήρια, είναι καταλυτικό για την περαιτέρω εξέλιξη των αστεριών αυτών και δηλαδή τον βίαιο θάνατό τους : από τη στιγμή που το αστέρι δημιουργήσει έναν πυρήνα σιδήρου, η ενέργεια σύνδεσης των πυρήνων μεταβάλλεται. Η συνοχή των σωματιδίων εξασθενεί και ο νέος πυρήνας δεν συγκρατείται τόσο ισχυρά όσο ο προηγούμενος.
Τ' αστέρι φτάνει έτσι στο τέλος της παραγωγής ενέργειας. Ο πυρήνας του έχει αποκτήσει θερμοκρασία αρκετών δισεκατομμυρίων βαθμών αλλά δεν μπορεί να συνεχίσει την ακολουθία των αντιδράσεων σύντηξης για να συντηρηθεί.

Τ' αστέρι, όταν ολοκληρώσει τη σύνθεση πυρήνων με τις αντιδράσεις σύντηξης, θα έχει αποκτήσει δομή πολλαπλών στρωμάτων που μοιάζει με κρεμμύδι. Τα διαδοχικά εξωτερικά κελύφη αποτελούνται από προοδευτικά ελαφρύτερους πυρήνες.
Από το προηγούμενο βιβλίο, Τα 7 θαύματα του Σύμπαντος
Σ' αυτό το στάδιο, ο πυρήνας του αστεριού - που τώρα περιέχει ρευστό σίδηρο μεγάλης πυκνότητας και θερμοκρασίας - αρχίζει λοιπόν να καταρρέει προς το εσωτερικό του και δηλαδή να συστέλλεται με ταχύτητα. Τα στοιχεία της ομάδας του σιδήρου διασπώνται αντίστροφα, σε πυρήνες ηλίου, ελεύθερα πρωτόνια και νετρόνια με αποτέλεσμα ο πυρήνας να χάνει ενέργεια.
Κατά την αντίστροφη αντίδραση, το ηλεκτρόνιο και το πρωτόνιο συνδυάζονται και σχηματίζουν ένα νετρόνιο. Η εν λόγω αντίδραση απελευθερώνει επίσης ένα νετρίνο για το οποίο πιστεύται ότι δεν ηρεμεί ποτέ αλλά κινείται συνεχώς με την ταχύτητα του φωτός Διαπερνά τα πάντα κι εμάς τους ανθρώπους όλες τις ώρες και δεν αντιδρά με την ύλη - όπως το φως.
Καθώς ο πυρήνας συρρικνώνεται, η πυκνότητα των νετρονίων αυξάνει με πολύ ταχύ ρυθμό, - οι ταχύτητες των ηλεκτρονίων μπορεί να προσεγγίσουν την ταχύτητα του φωτός - και φτάνει ν’ αντιστοιχεί μ’ εκείνη που υπάρχει στο εσωτερικό ενός ατομικού πυρήνα.
Ο πυρήνας δεν μπορεί να συμπιεσθεί περισσότερο, δημιουργούνται πιέσεις εκφυλισμού : όταν, σε συνθήκες υψηλής πυκνότητας, η απόσταση μεταξύ των ατόμων τείνει να γίνει μικρότερη από ένα επιτρεπτό όριο, τα ηλεκτρόνιά τους εκφυλίζονται, δηλαδή προβάλλουν αντίσταση στην βαρυτική δύναμη και δημιουργούν ισχυρή πίεση στο εσωτερικό του αστέρα.
Αυτή η πίεση αντιστέκεται σθεναρά στην συρρίκνωση του πυρήνα κι επιπλέον προκαλεί την αναπήδηση του : όταν ακόμα περισσότερο υλικό πέσει πάνω στον σκληρό πυρήνα που έχει σταματήσει να καταρρέει, εκείνος αναπηδά όπως ένα τραίνο που προσκρούει σ’ ένα τοίχο. Όλ’ αυτά συμβαίνουν μέσα σε λίγα μόνο δευτερόλεπτα όπου το αστέρι, ανάλογα με την αρχική του μάζα, γίνεται αστέρι νετρονίων ή μαύρη τρύπα.
Το νέο αυτό αστέρι
- πολύ υψηλής πυκνότητας και πολύ μικρού μεγέθους - αρχίζει πλέον να κινείται ταχύτατα προς τα έξω. Ένα κύμα έντονης πίεσης που ταξιδεύει ταχύτερα από τον ήχο, ξεσπά σ’ όλη την έκταση του περιβλήματος που στο μεταξύ δεν έχει χρόνο ν' αντιδράσει σ' αυτή τη ραγδαία εξέλιξη κι υπόκειται σε μια πολύ ισχυρή ώθηση προς τα έξω.
Η ώθηση αυτή είναι ένα ωστικό κύμα, δηλαδή μια κινούμενη επιφάνεια διαταραχής ανάμεσα σε δύο πλευρές με τεράστια διαφορά πίεσης. Το ωστικό κύμα αποδιοργανώνει το περίβλημα σε μεγάλο βαθμό κι όταν φθάνει στην επιφάνεια, τα νετρίνα που είχαν απελευθερωθεί κατά τις αντίστροφες αντιδράσεις στον πυρήνα, εγκαταλείπουν το άστέρι με την ταχύτητα του φωτός : το άστρο λάμπει περισσότερο από ολόκληρο τον γαλαξία στον οποίο ανήκει.
Την επόμενη στιγμή, το περίβλημα αποσπάται από τον πυρήνα κι εκτινάσσεται στον διαστρικό χώρο : το άστρο εκρήγνυται. ( Κατά την έκρηξη, το περίβλημα εκτινάσσεται προς τη μία κατεύθυνση ενώ ο πυρήνας ανακρούει προς την αντίθετη, όπως συμβαίνει με την ανάκρουση του όπλου κατά τον πυροβολισμό ).

Ο Υπερκαινοφανής του Κέπλερ
Υπόλειμμα υπερκαινοφανούς
SN 1604
Απόσταση :
13.000 έτη φωτός
Με 14 έτη φωτός τωρινή έκταση, το ωστικό κύμα του υπερκαινοφανούς που φώτισε τους ουρανούς πάνω από τον Γιοχάνες Κέπλερ το 1604, εκτείνεται ακόμα στο διάστημα με ταχύτητα πολλών χιλιάδων χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο.
Οι θεωρητικοί φυσικοί μπορούν να υπολογίσουν τις αυξομειώσεις λαμπρότητας των υπερκαινοφανών. Για λίγες εβομάδες, το άστρο λάμπει όσο ένα δισεκατομμύριο ήλιοι αλλά στη συνέχεια η λαμπρότητά του φθίνει απότομα. Το επόμενο διάστημα μειώνεταιι σταθερά και μετά από ένα χρόνο περίπου, το άστρο παύει να είναι ορατό με γυμνό μάτι.
Από το προηγούμενο βιβλίο, Cosmos
Σε αντίθεση με τ' αστέρια μικρής μάζας που δεσμεύουν τα προϊόντα τους στους λευκούς νάνους, τ' αστέρια που εκρύγνηνται παίζουν έναν ειδικό ρόλο στο χημικό εμπλουτισμό του σύμπαντος. Όπως είδαμε προηγουμένως, όταν τ' αστέρι ολοκληρώσει τη σύνθεση πυρήνων με τις αντιδράσεις σύντηξης, θα έχει αποκτήσει " δομή κρεμμυδιού " αποτελούμενοι από στρώματα όλο κι ελαφρότερων ατομικών πυρήνων ξεκινώντας από τον αστρικό πυρήνα έως τα εξωτερικά του όρια.
Πριν λοιπόν εκραγεί, για λίγα δέκατα του δευτερολέπτου, τα στρώματα αυτά θερμαίνονται από το ωστικό κύμα σε τέτοιες θερμοκρασίες ώστε οι πυρήνες τους υπόκεινται σε διαδικασίες σύντηξης. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται εκρηκτική πυρηνοσύνθεση επειδή συμβαίνει υπό μορφή έκρηξης και εξελίσσεται για μικρή χρονική περίοδο.. ( Βλ. παρακάτω σχήμα ).
.
Η πορεία ενός ωστικού κύμματος, το οποίο δημιουργείται στις εσωτερικές περιοχές του αστεριού που πρόκειται να εκραγεί. Κατά τη διάδοσή του προς τα έξω, θερμαίνει τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού και πυροδοτεί σ' αυτά εκρηκτική πυρηνική σύντηξη.
Από το προηγούμενο βιβλίο, Τα 7 θαύματα του Σύμπαντος
Μέσα σ’ αυτά τα τόσο ιδιαίτερα δέκατα του δευτερολέπτου, τη στιγμή δηλαδή που τ' αστέρι λάμπει περισσότερο από ολόκληρο τον γαλαξία στον οποίο ανήκει, συντίθενται όλα τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα.
Το ήλιο ( ατομικός αριθμός στοιχείου : 2 ) που σχηματίζεται από την καύση του υδρογόνου αποβάλλεται βίαια, ο άνθρακας ( 6 ) το οξυγόνο ( 8) , ( το πυρίτιο ( 14 ) και το θείο ( 16 ) που συσσωρεύονται από την περαιτέρω κάυση μέσα στο αέριο, εκτινάσσονται στον διαστρικό χώρο. Τα νετρόνια βομβαρδίζουν τους πυρήνες σιδήρου ( 26 ), μεταστοιχειώνοντάς τους σε χρυσό. ( 79 ). Με τα σειρά του, ο χρυσός μετατρέπεται σε μόλυβδο ( 82 ) και ο σχηματισμός των στοιχείων συνεχίζεται μέχρι την σύνθεση του ουρανίου ( 92 ).
Στοιχεία βαρύτερα από το σίδηρο είναι σπάνια στο σύμπαν. Για κάθε 100 δισεκατομμύρια άτομα υδρογόνου υπάρχει ένα άτομο ουρανίου – το καθένα φτιαγμένο με ειδική δαπάνη σ’ ένα ασυνήθιστο περιβάλλον.
Η ίδια η έκρηξη του αστεριού, εμπεριέχει ασφαλώς πολύ περισσότερη ενέργεια από την εκρηκτική πυρηνοσύνθεση και είναι συγκρίσιμη με την συνολική απόδοση ενέργειας του Ήλιου κατά την διάρκεια ολόκληρης της ζωής του. Η ενέργεια αυτή έχει τη μορφή ακτινοβολίας και σωματιδίων, όπως ηλεκρονίων, πρωτονίων, νετρονίων κι ατομικών πυρήνων.
Τα περισσότερα από αυτά κινούνται με ταχύτητα πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Που πηγαίνουν ; Από τη στιγμή που προβάλουν από το θερμό και τυρβώδες περιβάλλον του εκρυγνυόμενου άστρου, μπορούν να ταξιδέψουν σ' ολόκληρο το γαλαξία αν και εκτρέπονται από τα γαλαξιακά μαγνητικά πεδία.
Έτσι, αν ανιχνεύσουμε την ροή τέτοιων σωματιδίων, δεν μπορούμε νάμαστε βέβαιοι αν η πηγή τους βρίσκεται προς την κατεύθυνση που προσεγγίζουν τη γη. Τα σωματίδια αυτά μας βομβαρδίζουν απ' όλες τις κατευθύνσεις κι ονομάζονται κοσμικές ακτίνες.
Η έκρηξη του υπερκαινοφανούς SN 1987Α που εξερράγη τον Φεβρουάριο του 1987 στο γειτονικό Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου, επιβεβαίωσε την εικόνα της δημιουργίας βαρέων στοιχείων που μέχρι τότε ήταν θεωρητική, καθώς αναγνωρίστικαν οι ουσίες και οι περιεκτικότητες των στοιχείων στην ενδοαστρική ύλη της περιοχής.
.
NGC 3603
Νεφέλωμα εκπομπής
Απόσταση : 20.000 έτη φωτός
Διάμετρος : 175 έτη φωτός
Αυτή η γιγαντιαία περιοχή βρεφοκομείου αστέρων αποκαλύπτει όλα τα στάδια της αστρικής ζωής : λαμπεροί πυλώνες υδρογόνου αναγγέλουν την γέννηση των νέων αστεριών. Ψηλότερα, στο κέντρο της φωτογραφίας, νεαρά αστέρια συγκεντρωμένα σε σμήνος. Πάνω αριστερά τους, ένας γηραιός μπλέ υπεργίγαντας εκτινάσσει τμήματα του εξωτερικού του περιβλήματος καθώς τείνει προς ένα υπερκαινοφανή που θα σπείρει τους ουρανούς με βαριά χημικά στοιχεία και θα πυροδοτήσει ένα νέο κύμα δημιουργίας.
Gile Sparrow, Αστρονόμος
Cosmos,Quercus Pubblishing Ltd, London 2006
Εκτός όμως από τον εμπλουτισμό του σύμπαντος με βαρέα στοιχεία, η καταστροφή των αστεριών μεγάλης μάζας συνδέεται και με την γέννηση νέων αστεριών : καθώς το γιγαντιαίο ωστικό κύμα της έκρηξης συνεχίζει να κινείται προς τα έξω πέρα από το άστρο, ενδέχεται να προσκρούσει σ’ ένα γειτονικό διαστρικό νέφος και να του δώσει μια ισχυρή ώθηση. Η ώθηση αυτή μπορεί να το συμπιέσει και δηλαδή είναι ακριβώς ότι χρειάζεται για την αρχή ενός νέου κύκλου αστρικής δημιουργίας.
Από το 1977, διαθέτουμε στοιχεία για την ύπαρξη ωστικών κυμμάτων στην γειτονιά νεογέννητων άστρων.Τα στοιχεία αυτά προσφέρουν επιπλέον ερείσματα στην υπόθεση ότι ο σχηματισμός των αστεριών προκαλείται γενικά από τις εκρήξεις αστεριών προηγούμενης γενιάς.
Ένα τέτοιο αστέρι είναι κι ο Ήλιος μας. Ο Ήλιος αποτελείται κατά 99% από υδρογόνο και ήλιο, το 1% όμως των πιο σύνθετων πυρήνων περιλαμβάνει ίχνη σιδήρου κι αλλων βαρέων στοιχείων. 'Ετσι, το ηλιακό σύστημα πρέπει να σχηματίσθηκε άπό στοιχεία που συντέθηκαν από προηγούμενες γενιές αστεριών. Σαν τα ασημένια κηροπήγια της γιαγιάς, κληρονομήσαμε τον άνθρακα και το οξυγόνο που παρήχθησαν από προγονικά αστέρια.
Με εξαίρεση το υδρογόνο και το ήλιο τα οποία εύκολα ξεγλιστρούν από την βαρυτική λαβή ενός πλανήτη, τα στοιχεία της Γης είναι τα στοιχεία του σύμπαντος : σχηματισμένα στ΄ αστέρια και διασκορπισμένα σ' όλόκληρο το Γαλαξία.
Η Γη αποτελείται από σίδηρο, πυρίτιο, οξυγόνο, ενώ ένα μεγάλο μέρος του πλανήτη αποτελείται από ραδιενεργά κατάλοιπα. Όπως είδαμε προηγουμένως, το ουράνιο παράγεται μόνο κατά την εκρηκτική πυρηνοσύνθεση, πράγμα που ενισχύει την άποψη ότι η αρχή του ηλιακού μας συστήματος συνδέεται με την έκρηξη ενός υπερκαινοφανούς στη γειτονιά μας.

Marie Sklodowska Curie ( 1867 - 1934 )
Pierre Curie ( 1859 - 1906 )
Tο ζεύγος των διαπρεπών Γάλλων φυσικών επιστημόνων που το 1903, τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής, μαζί με τον Γάλλο φυσικό Antoine Henri Becquerel ( 1852 - 1908 ), για την ανακάλυψη της φυσικής ραδιενέργειας και την έρευνα των φαινομένων της ραδιενεργού ακτινοβολίας.
Νίκος Κλούρας, Η ταυτότητα των χημικών στοιχείων
Ο διδάκτορας της ιατρικής James Lovelock που διατύπωσε τη θεωρία της γαίας, στο βιβλίο του " Οι ηλικίες της γαίας ", Octavision 2004 γράφει :
" Πως μπορούμε να είμαστε σίγουροι ότι η αρχή της Γης συνδέεται με την έκρηξη ενός υπερκαινοφανούς ; Είμαστε σίγουροι γιατί ακόμα και σήμερα η Γη περιέχει ραδιενεργά στοιχεία και στοιχεία βαρύτερα από τον σίδηρο που δεν μπορούν να παραχθούν σε σταθερά καιγόμενους αστέρες. "
Και συνεχίζει : " Έχουμε τόσο συνηθίσει να σκεφτόμαστε την ραδιενέργεια ως κάτι τεχνητό, ώστε εύκολα αγνοούμε το γεγονός ότι εμείς οι ίδιοι είμαστε ραδιενεργοί.
Κάθε στιγμή στον καθένα από μας, μερικά εκατομμύρια άτομα καλίου ( 19 ) υφίστανται ραδιενεργό διάσπαση. Η ενέργεια που τροφοδοτεί αυτά τα μικρά εκρηκτικά γεγονότα έχει εγκλειστεί σε άτομα καλίου πριν από 4.55 δισεκατομμύρια χρόνια... Η ραδιενέργεια είναι ένα καταπληκτικά ακριβές ρολόϊ και χτυπάει με ακρίβεια από εκείνη την έκρηξη της υπερκαινοφανούς βόμβας. "
Φέρουμε λοιπόν μέσα μας, στον πλανήτη μας και στα σώματά μας, τα άτομα των αστεριών που έχουν προ πολλού πεθάνει. Η ιστορία της ζωής των αστεριών ( κι η δική μας ) διαγράφει διαδοχικούς κύκλους δημιουργίας και καταστροφής.
Οι αστρονόμοι,
προσπαθώντας να βρουν τα ίχνη του οικογενειακού δέντρου του ηλιακού μας συστήματος, εξετάζουν αστέρια μεγάλης μάζας στο εσωτερικό του Γαλαξία.
Εάν τ' αστέρια μεγάλης μάζας σ ‘ ένα αστρικό σμήνος εξελίσσονται μόλις τώρα σε ερυθρούς γίγαντες, το σμήνος πρέπει νάναι νεαρής ηλικίας. Εάν τ' αστέρια που τώρα οδεύουν προς τη φάση του ερυθρού γίγαντα έχουν τη μάζα του Ήλιοιυ, το σμήνος πρέπει να είναι αρκετά γηραιό ώστε ν’ αρχίσουν αυτή την αλλαγή τ' αστέρια που είναι παρόμοια με τον Ήλιο : η ηλικία του είναι περίπου 10 δισεκατομμύρια έτη. Μετρώντας με αυτό τον τρόπο, βρήκαν ότι τα γηραιότερα σμήνη στον Γαλαξία μας είναι τα σφαιρωτά, τα οποία εμφανίζονται να έχουν ηλικία 12 με 18 εκατομμύρια χρόνια.
Οι περιεκτικότητες στοιχείων όπως ο σίδηρος
στ' αστέρια πρώϊμης γενιάς που υπάρχουν σ' αυτά τα σμήνη, είναι συχνά 100 ή ακόμα και 1000 φορές μικρότερες. Όμως, ακόμα κι αυτά τ’ αρχαία αστέρια, περιέχουν μια ελάχιστη ποσότητα βαρέων στοιχείων, πράγμα που υποδηλώνει την παρουσία μιας προηγούμενης γενιάς την οποία δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε κι ίσως τα μέλη της έχουν σταματήσει να υπάρχουν.
Πηγές στοιχείων :
Jayant Narlikar, Τα 7 θαύματα του Σύμπαντος Τραυλός 2001
David Levy, Το βιβλίο του κόσμου, Αλεξάνδρεια 2004
Gile Sparrow, Cosmos, Quercus Pubblishing Ltd, London 2006
Ανόργανη Χημεία, Τα στοιχεία, Συλλογικό, Παπαζήσης 2002
Tα βιβλία κι οι ιστοσελίδες που ήδη αναφέρθηκαν.
Μετάφραση από το βιβλίο στα αγγλικά Cosmos : Σοφία Πάνου, Δεκέμβριος 2007.

Δεν υπάρχουν σχόλια: