Άρθρα - Νέα

Το κοντινότερο στη Γη άστρο μετά τον `Ηλιο και το ψυχρότερο γνωστό άστρο στον Γαλαξία μας έχουν κάτι το κοινό μεταξύ τους: είναι ερυθροί νάνοι, ανήκουν δηλαδή στην κατηγορία των άστρων με τη μικρότερη μάζα από όλα τα άλλα, τόσο στον Γαλαξία μας όσο και γενικότερα σε ολόκληρο το Σύμπαν.

Το επίθετο «ερυθροί» παραπέμπει στη σχετικά χαμηλή επιφανειακή θερμοκρασία αυτών των σωμάτων. Συγκεκριμένα τα άστρα ακτινοβολούν φως ως πυρακτωμένα σώματα, με τα ψυχρότερα να εκπέμπουν την περισσότερη ενέργεια στα μεγαλύτερα μήκη κύματος, όπως ένα «ερυθροπυρωμένο» κομμάτι μετάλλου. Ο `Ηλιος έχει πολύ υψηλότερη επιφανειακή θερμοκρασία από οποιοδήποτε πυρωμένο ή και λιωμένο μέταλλο, οπότε το φως του περιλαμβάνει μια πιο ισορροπημένη κατανομή όλων των ορατών μηκών κύματος με αποτέλεσμα να μας φαίνεται λευκό. (Αυτό οφείλεται μερικώς στη μεγάλη ένταση του φωτός του στον γήινο ουρανό, γιατί οι αστρονόμοι τον κατατάσσουν στα κίτρινα άστρα.) Ακόμα θερμότερα άστρα, όπως ο λαμπρός Σείριος, εμφανίζονται υποκύανα (γαλαζωπά). Τα ερυθρά άστρα κατατάσσονται στον φασματικό τύπο M. Το σύμβολο του φασματικού τύπου συνοδεύεται συνήθως από έναν αριθμό που υποδηλώνει με μεγαλύτερη λεπτομέρεια τη θερμοκρασία του, από το 0 (για μεγαλύτερες) ως το 9 (για μικρότερες θερμοκρασίες). Ο φασματικός τύπος συμπληρώνεται με μία ανεξάρτητη παράμετρο, την απόλυτη λαμπρότητα, εκφραζόμενη με λατινικούς αριθμούς (σύστημα Morgan-Keenan). Τα άστρα με τάξη λαμπρότητας I χαρακτηρίζονται ως «υπεργίγαντες», εκείνα με τάξη λαμπρότητας II «λαμπροί γίγαντες», και ακολουθούν οι κανονικοί γίγαντες (III), οι «υπογίγαντες» (IV) και οι «νάνοι» (V). Επομένως ο χαρακτηρισμός ενός άστρου ως ερυθρού νάνου συνοψίζεται στον συμβολισμό M V.

Στο αστρικό εσωτερικό, οι πυρηνικές αντιδράσεις που παράγουν την ενέργεια η οποία ακτινοβολείται από την επιφάνεια, γίνονται με πολύ ταχύτερους ρυθμούς στα άστρα μεγάλης μάζας. Ο λόγος έγκειται στο ότι όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός άστρου, τόσο μεγαλύτερες είναι η πίεση και η πυκνότητα στο εσωτερικό του. Αλλά οι ταχύτερες αντιδράσεις αυξάνουν τη θερμοκρασία του εσωτερικού, πράγμα που με τη σειρά του αυξάνει ακόμα περισσότερο τον ρυθμό των αντιδράσεων, έτσι ώστε ο ρυθμός παραγωγής ενέργειας (η ισχύς) φθάνει σε τρομακτικά υψηλά επίπεδα. Ευτυχώς η ίδια η ακτινοβολία ασκεί μια πίεση προς τα έξω που τείνει να εκτινάξει τα υπερκείμενα στρώματα, οπότε το άστρο ισορροπεί ανάμεσα στη βαρύτητα και στην πίεση αυτή, καταναλώνοντας συνεχώς το υδρογόνο του ως πυρηνικό καύσιμο.

Η παραπάνω διαδικασία εξηγεί το φαινομενικά οξύμωρο γεγονός ότι όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός άστρου, τόσο μικρότερη είναι η διάρκεια ζωής του ώσπου να εξαντλήσει τα πυρηνικά του καύσιμα, παρά το ότι διαθέτει μεγαλύτερο απόθεμα. Τα μικρότερης μάζας άστρα μοιάζουν με τον φτωχό που επειδή δεν έχει πολλά χρήματα κάνει οικονομίες ζώντας συντηρητικά, ενώ τα πολύ μεγάλης μάζας μοιάζουν με τον πλούσιο που διάγει σπάταλη και άσωτη ζωή: τελικά ο πλούσιος μένει χωρίς χρήματα συντομότερα από τον φτωχό. Η διαφορά είναι ότι στην περίπτωση των άστρων το «φτωχό» δεν ζει απλώς λίγο περισσότερο, αλλά μέχρι και εκατοντάδες χιλιάδες φορές περισσότερο από το «πλούσιο»! Η ίδια διαδικασία εξηγεί επίσης γιατί τα άστρα με τη μικρότερη ισχύ, άρα και αυτά με τη μικρότερη μάζα, εμφανίζονται ερυθρά, δηλαδή με τη μικρότερη επιφανειακή θερμοκρασία: όλη η παραγόμενη ισχύς ακτινοβολείται τελικά από την επιφάνεια, και σύμφωνα με τον νόμο του Stefan η συνολική ένταση της ακτινοβολίας σε όλα τα μήκη κύματος είναι ανάλογη με την τέταρτη δύναμη της θερμοκρασίας. Επομένως μικρή διαφορά στη θερμοκρασία και το χρώμα αντιστοιχεί σε μεγάλη διαφορά στην ακτινοβολούμενη ισχύ ανά μονάδα επιφάνειας του άστρου. Οι διαστάσεις, άρα και οι επιφάνειες των συνηθισμένων άστρων δεν διαφέρουν πάρα πολύ, ώστε μπορούμε να καταλάβουμε γιατί όλα σχεδόν τα άστρα με τις μικρότερες μάζες είναι ερυθροί νάνοι. Κανένας ερυθρός νάνος δεν έχει μάζα μεγαλύτερη από το ήμισυ της ηλιακής. Μόνο όταν ένα άστρο εξαντλήσει το υδρογόνο του πυρήνα του φθάνει, προς το τέλος της ζωής του, να καταστεί «ερυθρός γίγαντας», επειδή τότε διαστέλλεται, η επιφάνειά του γίνεται τεράστια, και επομένως εκπέμπει συνολικά περισσότερο φως αν και με χαμηλή επιφανειακή θερμοκρασία.

Η εντυπωσιακή μακροβιότητα των ερυθρών νάνων εξηγεί και τον λόγο της αφθονίας των ταπεινών αυτών άστρων, τα οποία αποτελούν τη μεγάλη πλειοψηφία των αυτόφωτων σωμάτων του Γαλαξία, αλλά και ολόκληρου του Σύμπαντος. Βέβαια τα περισσότερα άστρα που βλέπουμε μια καθαρή νύκτα με γυμνό μάτι στον ουρανό είναι γίγαντες ή υπεργίγαντες, αλλά αυτό οφείλεται στο ότι η μεγάλη τους λαμπρότητα τα καθιστά ορατά από πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις. Μία δίκαιη στατιστική πρέπει να περιλαμβάνει τις κοπιαστικές στον προσδιορισμό τους αποστάσεις του κάθε άστρου, οπότε η αριθμητική υπεροχή των ερυθρών νάνων καθίσταται εμφανής: Από τα 350 περίπου άστρα που απέχουν λιγότερο από 10 parsec από εμάς (32,6 έτη φωτός) το 70% περίπου είναι ερυθροί νάνοι, ενώ εκτιμάται ότι πάνω από 100 άλλα άστρα στην ίδια περιοχή δεν έχουν ακόμα ανακαλυφθεί και είναι όλα σχεδόν αμυδροί ερυθροί νάνοι. Το κοντινότερο στη Γη άστρο μετά τον `Ηλιο είναι ένας αόρατος με γυμνό μάτι ερυθρός νάνος, ο Εγγύτατος (Proxima) του Κενταύρου, φασματικού τύπου M5,5 V, μέλος του τριπλού συστήματος άστρων α Κενταύρου. Τα δύο άλλα μέλη του συστήματος δεν είναι ερυθρά, αλλά είναι νάνοι, αρκετά όμοια με έναν άλλο νάνο, τον `Ηλιο μας. Το αμέσως εγγύτερο στη Γη άστρο μετά το σύστημα α Κενταύρου είναι το γνωστό ως «`Αστρο του Barnard» στον Οφιούχο, επίσης ερυθρός νάνος (M4 V) αόρατος με γυμνό μάτι. Το `Αστρο του Barnard μάλιστα μας πλησιάζει με τη σχετικά μεγάλη ταχύτητα των 111 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, αλλά δεν κατευθύνεται ακριβώς προς το Ηλιακό Σύστημα, οπότε θα μας προσπεράσει χωρίς δυσάρεστα επακόλουθα. Η μάζα του εξάλλου εκτιμάται ότι δεν ξεπερνά το ένα έβδομο περίπου της ηλιακής, ενώ απέχει σήμερα περί τα 5,9 έτη φωτός έναντι 4,22 του Εγγυτάτου. Επόμενοι στη σειρά των αποστάσεων από τη Γη είναι τέσσερις ακόμα (όπως θα μπορούσε πια να προβλέψει κανείς...) ερυθροί νάνοι, ο Wolf 359 στον Λέοντα, ο Lalande 21185 στη Μεγάλη `Αρκτο και το διπλό σύστημα Luyten 726-8 στο Κήτος. Ακολουθεί ο Σείριος με τον συνοδό του λευκό νάνο (νεκρά άστρα πολύ διαφορετικά από τους ερυθρούς νάνους) στα 8,6 έτη φωτός και έπονται άλλοι δύο ερυθροί νάνοι. Δεν χρειάζεται να συνεχίσουμε για να αντιληφθεί κανείς την κυριαρχία των ερυθρών νάνων, παρά μόνο να υπενθυμίσουμε ότι η αυτή η γαλαξιακή μας γειτονιά δεν αποτελεί παρά ένα τυπικό δείγμα του δίσκου του Γαλαξία μας με τη διάμετρο των 100.000 ετών φωτός.

Η εξαιρετική μακροβιότητα των ερυθρών νάνων θα έχει πιθανώς και μια άλλη συνέπεια. Αν, όπως υποδεικνύουν οι παρατηρησιακές μελέτες της τελευταίας εικοσαετίας, το Σύμπαν συνεχίσει να διαστέλλεται αιώνια, τότε σε κάποια μακρινή μελλοντική εποχή, όταν η γένεση νέων άστρων θα έχει σταματήσει, οι ερυθροί νάνοι θα είναι τα μόνα άστρα που θα λάμπουν στους γαλαξίες του Σύμπαντος. Βέβαια και αυτοί ακόμα θα έχουν υποστεί μία γήρανση, θα έχουν «εξελιχθεί» όπως επικράτησε να λέγεται στην Αστρονομία. Ωστόσο η εξέλιξη ενός ερυθρού νάνου είναι διαφορετική, καθώς δεν περνά από το στάδιο του ερυθρού γίγαντα, όπως θα συμβεί ακόμα και με τον `Ηλιο μας. Απλώς η θερμοκρασία της επιφάνειάς του αυξάνεται πολύ αργά με αποτέλεσμα τη βαθμιαία αύξηση της λαμπρότητάς του. `Ενας νάνος με μάζα ίση με το 20% της ηλιακής θα φθάσει κοντά στο τέλος της ζωής του να διαθέτει την ίδια σχεδόν διάμετρο, επιφανειακή θερμοκρασία (άρα και χρώμα) και την ίδια λαμπρότητα με τον σημερινό `Ηλιο. Αν πάρουμε ως παράδειγμα έναν ερυθρό νάνο με μάζα το 16% της ηλιακής, υπολογίζεται ότι η λαμπρότητά του θα αυξηθεί από το 10% της ηλιακής στο 25% της ηλιακής μέσα σε 5,5 δισεκατομμύρια έτη. Στο τέλος, αναπόφευκτα, ακόμα και οι αμυδρότεροι ερυθροί νάνοι θα εξαντλήσουν το υδρογόνο τους και θα τελειώσουν τη ζωή τους ως λευκοί νάνοι αποτελούμενοι από το στοιχείο ήλιο. Τα νεκρά αυτά σώματα θα ψυχθούν πολύ αργά και θα πάψουν να εκπέμπουν ορατό φως. Οι αμυδρότεροι ερυθροί νάνοι, με μάζα περίπου 8% της ηλιακής, θα ζήσουν περίπου 10 τρισεκατομμύρια χρόνια, περίπου χίλιες φορές περισσότερο από τον `Ηλιο. Μόλις και τα νεκρά άστρα που θα παραγάγουν οι τελευταίοι ερυθροί νάνοι ψυχθούν, κάθε φυσική πηγή φωτός στο Σύμπαν θα έχει σβήσει για πάντα.

Τα ψυχρότερα γνωστά άστρα (φασματικός τύπος M10+ V) έχουν επιφανειακές θερμοκρασίες 2.000 ως 2.500 βαθμούς K, που είναι στην πραγματικότητα υψηλότερες από τη θερμοκρασία του τηγμένου σιδήρου, αλλά που θα πρέπει να συγκριθούν με τους 5.850 K του `Ηλιου. Στις επιφάνειες των ερυθρών νάνων οι θερμοκρασίες δεν είναι αρκετά υψηλές ώστε να διασπούν όλους τους χημικούς δεσμούς, με αποτέλεσμα να βρίσκουμε αρκετά μόρια, που προδίδουν την παρουσία τους στα γραμμικά φάσματα των άστρων αυτών. Ενδιαφέρον παρουσιάζει και ένα άλλο χαρακτηριστικό των ερυθρών νάνων, που συνδέεται με την εσωτερική τους κατάσταση: τα ισχυρά μαγνητικά πεδία. Η μεταφορά της θερμότητας προς την επιφάνεια γίνεται στον `Ηλιο με ακτινοβολία από τον πυρήνα μέχρι ένα ορισμένο βάθος (ζώνη ακτινοβολίας) και με ρεύματα μεταφοράς από το βάθος αυτό μέχρι την επιφάνεια. Αντίθετα, στους ερυθρούς νάνους η πίεση της ακτινοβολίας είναι μικρότερη και γι’ αυτό η μεταφορά της θερμότητας γίνεται σε όλο το εσωτερικό του άστρου με ρεύματα μεταφοράς, που αναδεύουν το υλικό σε όλο τον όγκο του άστρου παράγοντας έτσι ισχυρότερα μαγνητικά πεδία. Το γεγονός αυτό συνδέεται με έντονα στέμματα, εξωτερικά δηλαδή στρώματα της ατμόσφαιρας των άστρων. Με τη βοήθεια μεγάλων διατάξεων ραδιοτηλεσκοπίων, ο Arnold O. Benz του Ινστιτούτου Αστρονομίας της Ελβετίας και οι συνεργάτες τους ισχυρίζονται ότι διέκριναν δύο γιγαντιαίους βρόγχους στο στέμμα του ερυθρού νάνου UV Κήτους B, κάτι που μόνο στο στέμμα του `Ηλιου έχει κατορθωθεί να παρατηρηθεί. Ο UV Κήτους B, φασματικού τύπου M6 V, είναι το αμυδρότερο από τα δύο άστρα του γειτονικού μας διπλού συστήματος Luyten 726-8 που είχαμε αναφέρει προηγουμένως.

Μία ακόμα συνέπεια των ρευμάτων μεταφοράς που εκτείνονται μέχρι τον πυρήνα του άστρου είναι η έλλειψη λιθίου. Στον `Ηλιο μπορούμε να διακρίνουμε τη φασματική υπογραφή του στοιχείου αυτού της ύλης στην επιφάνεια. Αντίθετα, στους ερυθρούς νάνους το λίθιο της επιφάνειας παρασύρεται από την ανάδευση των ρευμάτων μέχρι και το κέντρο του άστρου, όπου οι πυρήνες του καταστρέφονται κατά τις πυρηνικές αντιδράσεις που λαβαίνουν χώρα εκεί. Το «τεστ του λιθίου» συνιστά μια κρίσιμη δοκιμή για τους αστρονόμους που αναζητούν φαιούς νάνους. Οι φαιοί νάνοι είναι σώματα μικρότερα σε μάζα των άστρων αλλά μεγαλύτερα των πλανητών, στων οποίων το εσωτερικό δεν συμβαίνουν πυρηνικές αντιδράσεις, αλλά λάμπουν στο ερυθρό και το υπέρυθρο εξαιτίας της θερμότητας σχηματισμού τους ψυχόμενα σιγά-σιγά. Ο πρώτος φαιός νάνος ανακαλύφθηκε μόλις πριν από 25 περίπου χρόνια. Το όριο μάζας μεταξύ ερυθρών και φαιών νάνων είναι όπως προαναφέρθηκε το 8% της μάζας του `Ηλιου.

Οι ερυθροί νάνοι παρουσιάζονται σε ίσο ποσοστό με τα άλλα άστρα ως μέλη διπλών συστημάτων (δύο άστρα που περιφέρονται περί το κοινό τους κέντρο μάζας) σε όλη την ποικιλομορφία τους. Ο CM Δράκοντος π.χ. είναι ένα «δι’ εκλείψεων μεταβλητό» άστρο, δηλαδή διπλό σύστημα τα μέλη του οποίου κατά την περιφορά τους συμβαίνει να κρύβουν το ένα το άλλο όπως φαίνονται από τη Γη. Τα μέλη του CM Δράκοντος είναι πανομοιότυποι ερυθροί νάνοι τύπου M0 V. Ο U Διδύμων εξάλλου είναι ένας νάνος καινοφανής (dwarf nova): ένας λευκός και ένας ερυθρός νάνος περιφέρονται ο ένας γύρω από τον άλλο κάθε 4,2 ώρες. Η μεταξύ τους απόσταση είναι τόσο μικρή, ώστε ποσότητες ύλης αποσπώνται από τον ερυθρό νάνο και δημιουργούν ένα δίσκο περί τον λευκό νάνο, αστάθειες στον οποίο προκαλούν εκρήξεις κάθε περίπου 6 μήνες. Τα λαμπρότερα άστρα δύο αστερισμών, το α Ταύρου (Αλδεβαράν) και το α Νοτίου Ιχθύος (Φομαλώ) είναι στην πραγματικότητα διπλά συστήματα με ερυθρούς νάνους. Το Gliese 229 στον Λαγωό είναι σύστημα ερυθρού και φαιού νάνου 19 έτη φωτός από τη Γη, και μάλιστα στην ατμόσφαιρα του φαιού νάνου έχουν ανιχνευθεί μόρια όπως το μεθάνιο και το ιωδιούχο καίσιο.

Το πιο ενδιαφέρον όμως είναι ίσως ότι ανακαλύφθηκαν πλέον πλανήτες γύρω από ερυθρούς νάνους. Ο πρώτος ανακαλύφθηκε το 1998. Συγκεκριμένα ο Gliese 876 στον Υδροχόο, φασματικού τύπου M4 και μάζας 1/3 της ηλιακής, συνοδεύεται από έναν πλανήτη με μάζα τουλάχιστον 600 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα της Γης και περίοδο περιφοράς 61 ημέρες. Μέχρι τώρα οι αστρονόμοι είχαν ανακαλύψει πλανήτες μόνο γύρω από κίτρινους νάνους όπως ο `Ηλιος ή και λίγο θερμότερους. Ο Gliese 876 είναι εγγύτερα σε εμάς από όλα τα άλλα άστρα με «εξωηλιακούς πλανήτες» (μόλις 15 έτη φωτός), και μάλιστα και ο γειτονικός ερυθρός νάνος Lalande 21185 (8,23 έτη φωτός) έχει προταθεί ότι διαθέτει πλανήτη. Ακόμα σημαντικότερα, ο πλησιέστερος σε εμάς ερυθρός νάνος, ο Εγγύτατος του Κενταύρου, επιβεβαιώθηκε πολύ πρόσφατα (στις 24 Αυγούστου 2016) ότι διαθέτει επίσης πλανήτη, που έχει μάζα λίγο μεγαλύτερη της γήινης και περίοδο περιφοράς 11,2 ημέρες. Αυτές οι ανακαλύψεις είναι ιδιαίτερα σημαντικές γιατί, καθώς οι ερυθροί νάνοι είναι η πολυπληθέστερη κατηγορία άστρων, ο πιθανός αριθμός των πλανητών στον Γαλαξία μας αλλά και σε ολόκληρο το Σύμπαν μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερος. Και μάλιστα πλανητών όπου η ζωή θα μπορούσε να εμφανισθεί και να εξελιχθεί με όλη τη χρονική άνεση...

Δρ. Βασίλειος Ν. Μανιμάνης
Αστρονόμος

Βρίσκεστε εδώ

Ενημερωτικά Δελτία

Κάντε εγγραφή στη λίστα ενημερωτικών δελτίων για να μαθαίνετε άμεσα τα νέα μας

Ώρες Λειτουργίας (Κατόπιν Ραντεβού)

  • 08:30 - 18:00
  • 08:30 - 18:00
  • 08:30 - 18:00
  • 08:30 - 18:00
  • 08:30 - 18:00
  • 08:30 - 18:00
  • 08:30 - 18:00

Χάρτης

Αστεροσχολείο Feed

Η ιστοσελίδα μας χρησιμοποιεί cookies για την ευκολία της περιήγησης σας. Χρησιμοποιώντας τη ιστοσελίδα αποδέχεστε την χρήση τους.