Ο Ωρίωνας και τα αστέρια του
Ο αστερισμός του Ωρίωνα είναι ένας από τους πιο χαρακτηριστικούς σχηματισμούς του χειμερινού ουρανού, που πήρε το όνομά του από το μεγάλο κυνηγό της ελληνικής μυθολογίας λόγω του εντυπωσιακού ανθρωπόμορφου σχήματός του. Η εκτεταμένη ουράνια περιοχή, στην οποία απλώνεται, φιλοξενεί μερικά από τα πιο ενδιαφέροντα φαινόμενα του γαλαξία μας, όπως αστέρες υπεργίγαντες στα «πρόθυρα» του αστρικού θανάτου, μεταβλητούς αστέρες και νεφελώματα αστρικής γένεσης.
Μακριά από τη φωτορύπανση των πόλεων και αν ο καιρός το επιτρέπει, είναι ορατά το χαρακτηριστικό ανθρωπόμορφο σχήμα του, η ζώνη του, που σχηματίζεται από τρία σχεδόν ευθυγραμμισμένα αστέρια, και το ξίφος του, που αποτελείται από τρία αμυδρότερα άστρα και ένα νεφέλωμα. Ο Ωρίωνας περιλαμβάνει δυο από τα φωτεινότερα άστρα του νυχτερινού ουρανού, τον Ρίγκελ, έναν μπλε υπεργίγαντα με τουλάχιστον τρεις συνοδούς αστέρες, και τον Μπετελγκέζ, έναν ερυθρό υπεργίγαντα, ο οποίος βρίσκεται στον «ώμο» του κυνηγού Ωρίωνα.
Ο ερυθρός υπεργίγαντας Μπετελγκέζ
Ο Μπετελγκέζ είναι ένα από τα μεγαλύτερα σε όγκο αστέρια, με μια ακτίνα περίπου 1.400 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου, ενώ βρίσκεται σχετικά κοντά μας, στα περίπου 650 έτη φωτός. Λόγω του χαρακτηριστικού κοκκινωπού χρώματος και της φωτεινότητάς του (είναι ο ενδέκατος φωτεινότερος αστέρας του νυχτερινού ουρανού), την οποία οφείλει στον μεγάλο όγκο του και την εγγύτητά του, παρατηρητές και επιστήμονες μελετούν τον Μπετελγκέζ εδώ και αιώνες, ξεκινώντας από τους Κινέζους, τους αρχαίους Έλληνες και τους Άραβες.
Στη σύγχρονη εποχή ο John Herschel, γιος του William Herschel που ανακάλυψε τον πλανήτη Ουρανό, μελέτησε τις διακυμάνσεις της φωτεινότητας του Μπετελγκέζ διαπιστώνοντας ότι κατά περιόδους γινόταν φωτεινότερος του Ρίγκελ. Οι μελέτες της φωτεινότητας του Μπετελγκέζ συνεχίστηκαν και σήμερα γνωρίζουμε ότι παρουσιάζει μια κύρια μεταβολή κάθε περίπου 420 ημέρες, μαζί με δευτερεύουσες μεταβολές κάθε περίπου 100 με 180 ημέρες, πέντε με έξι έτη κ.λπ.
Οι μεταβολές της τάξης των μερικών εκατοντάδων ημερών μπορεί να οφείλονται στο ότι αστέρες αυτού του τύπου πάλλονται. Οι υπόλοιπες μεταβολές πιθανώς οφείλονται στην ύπαρξη λαμπρών περιοχών στην επιφάνεια του άστρου, εκεί όπου αναδύονται θερμά ρεύματα υλικού από το εσωτερικό του (τα οποία ονομάζονται υπερ-κόκκοι), ή στην αλληλεπίδραση του Μπετελγκέζ με κάποιον συνοδό αστέρα.
Λόγω του όγκου και της σχετικά μικρής απόστασής του, ο Μπετελγκέζ αποτελεί μια μοναδική περίπτωση αστεριού, του οποίου μπορούμε να μετρήσουμε τη διάμετρο και να απεικονίσουμε την επιφάνειά του. Η εξέλιξη των οργάνων αστρονομικής παρατήρησης στις αρχές του 20ού αιώνα μας επέτρεψαν τη μέτρηση της φαινόμενης διαμέτρου του αστεριού, ενώ οι τεχνικές παρατήρησης και επεξεργασίας των παρατηρήσεων που αναπτύχθηκαν με την εδραίωση των ηλεκτρονικών υπολογιστών επέτρεψαν στους επιστήμονες να απεικονίσουν, για πρώτη φορά σε αστέρες πέραν του Ήλιου, χαρακτηριστικά στην επιφάνειά του.
Ενώ, δηλαδή, η συντριπτική πλειονότητα των αστεριών φαίνονται ως φωτεινές κουκκίδες ακόμα και μέσα από τα ισχυρότερα τηλεσκόπια, στην περίπτωση του Μπετελγκέζ έχουμε καταφέρει να «δούμε» λαμπρές περιοχές στην επιφάνειά του και πίδακες υλικού στην ατμόσφαιρά του.
Πιο πρόσφατα, παρατηρήσεις με τη συστοιχία των ανιχνευτών του τηλεσκοπίου ALMA (Atacama Large Millimeter Array), οι οποίοι συνδυάζουν τις μετρήσεις της ακτινοβολίας με μήκος κύματος μερικών χιλιοστών, μας έδωσαν την υψηλότερης ανάλυσης εικόνα του Μπετελγκέζ επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη των λαμπρών περιοχών.
Σήμερα γνωρίζουμε ότι ο Μπετελγκέζ έχει τεράστια μάζα, πιθανώς δέκα με είκοσι φορές μεγαλύτερη του Ήλιου, και ότι βρίσκεται κοντά στο τέλος της αστρικής του ύπαρξης έχοντας περίπου ακόμη 100.000 έτη ζωής. Ωστόσο είναι πολύ νεαρότερός του Ήλιου, μόλις περίπου 10 εκατομμυρίων ετών (ο Ήλιος είναι περίπου 4,5 δισεκατομμυρίων ετών). Αυτό συμβαίνει διότι οι αστέρες με μεγαλύτερη μάζα ζουν λιγότερο, καθώς καταναλώνουν τα πυρηνικά τους αποθέματα με μεγάλη ταχύτητα.
Είναι ο Μπετελγκέζ έτοιμος να εκραγεί;
Ο Μπετελγκέζ βρίσκεται στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος των αστρονόμων εδώ και πολλές δεκαετίες, καθώς αποτελεί έναν γεννήτορα σουπερνόβα. Πρόκειται, δηλαδή, για ένα άστρο το οποίο βρίσκεται στα πρόθυρα (για τα αστρικά δεδομένα) μιας τεράστιας έκρηξης υπερκαινοφανούς. Το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας για το συγκεκριμένο άστρο αναζωπυρώθηκε λόγω πρόσφατων παρατηρήσεων που εντόπισαν πρωτοφανείς μεταβολές στη λαμπρότητά του.
Οι παρατηρήσεις έγιναν από τους E.F. Guinan, R.J. Wasatonic του πανεπιστημίου Villanova και T.J. Calderwood της Αμερικανικής Ένωσης Παρατηρητών Μεταβλητών Αστέρων και δείχνουν ότι ο Μπετελγκέζ βρίσκεται τώρα στην ελάχιστη φωτεινότητα των τελευταίων εκατό περίπου χρόνων, έχοντας μειωθεί κατά 20%, ενώ εκτιμάται ότι η επιφανειακή θερμοκρασία του αστέρα έχει μειωθεί κατά 100 περίπου βαθμούς.
Όπως ήταν αναμενόμενο, οι παρατηρήσεις αυτές πήραν μεγάλη δημοσιότητα δημιουργώντας προσδοκίες για μια επικείμενη (για τα ανθρώπινα δεδομένα) εντυπωσιακή αστρική έκρηξη. Εάν συμβεί, μια τέτοια έκρηξη εκτιμάται ότι θα είναι ορατή ακόμη και κατά τη διάρκεια της ημέρας.
Ωστόσο, όταν μιλάμε για την εξέλιξη των αστρικών φαινομένων, θα πρέπει να έχουμε στον νου μας ότι αυτά εξελίσσονται, συνήθως, σε τεράστιες χρονικές κλίμακες. Παρ’ όλο που έχουμε παρατηρήσει εκρήξεις υπερκαινοφανών στο παρελθόν (βλ. τον υπερκαινοφανή SN1987A), σύμφωνα με όσα γνωρίζουμε, ο Μπετελγκέζ έχει περίπου 100.000 έτη ζωής ακόμη.
Είναι, επομένως, πιθανό η μεγάλη μείωση της φωτεινότητας του αστεριού, που τον έχει ρίξει κάτω από την 20ή θέση στον κατάλογο με τα πιο φωτεινά αστέρια, να είναι μια σύμπτωση - αποτέλεσμα των πολλών ειδών διακυμάνσεων που παρουσιάζει η λαμπρότητά του ή να οφείλεται στις τεράστιες ποσότητες αστρικής σκόνης που αποβάλλει η ατμόσφαιρά του στον μεσοαστρικό χώρο.
Ακόμη και χωρίς εντυπωσιακό φινάλε, πάντως, οι νέες παρατηρήσεις έχουν πολύ μεγάλο ενδιαφέρον, καθώς φαίνεται ότι αυτά τα τελευταία στάδια ζωής των αστεριών έχουν ακόμη πολλά κρυμμένα μυστικά. Γι’ αυτόν τον λόγο έχουν προγραμματιστεί στο άμεσο μέλλον παρατηρήσεις με τηλεσκόπια αιχμής όπως το VLT (Very Large Telescope), το Hubble, αλλά και μικρότερα τηλεσκόπια ανά την υφήλιο.
Η ζωή και το τέλος των αστεριών
Παρ’ όλο που φαίνονται αιώνια και αμετάβλητα, τα αστέρια γεννιούνται, ωριμάζουν και πεθαίνουν περίπου όπως οι άνθρωποι, με αποτέλεσμα η «ζωή» των αστεριών να είναι πραγματικά συναρπαστική. Οι θεωρίες της αστρικής εξέλιξης αποτελούν τη ραχοκοκαλιά της αστροφυσικής, δηλαδή της φυσικής των αστεριών. Μεγάλο μέρος των γνώσεών μας το οφείλουμε στο έργο του Subramanian Chandrasekhar, ο οποίος μοιράστηκε το Βραβείο Νόμπελ του 1983 με τον πυρηνικό φυσικό William Fowler γι’ αυτή τη συμβολή του.
Η εξέλιξη της ζωής των αστεριών καθορίζεται σημαντικά από τη μάζα τους. Κατά κανόνα τα μεγάλα σε μάζα αστέρια εξελίσσονται πολύ γρήγορα και οδηγούνται στο τέλος τους πολύ πιο σύντομα από ό,τι τα μεσαίας και μικρής μάζας. Η ζωή των αστεριών μπορεί να περιγραφεί με σχετικά απλό τρόπο, παραλείποντας πολλές λεπτομέρειες, οι οποίες αποτελούν ακόμα αντικείμενο μελέτης.
Τα αστέρια είναι τεράστιοι θερμοπυρηνικοί αντιδραστήρες, στο εσωτερικό των οποίων παράγεται ενέργεια μέσω σύντηξης. Κατά τη διάρκεια της «κανονικής» ζωής των αστέρων, το υδρογόνο του πυρήνα τους μετατρέπεται στο στοιχείο ήλιο παράγοντας τεράστια ποσά ενέργειας. Αυτά είναι αρκετά για να εξασφαλίσουν τη σταθερότητα των άστρων εξισορροπώντας το τεράστιο βάρος τους, το οποίο θα μπορούσε να τα οδηγήσει στην κατάρρευση και τη διάλυση. Άλλωστε το ίδιο αυτό βάρος ήταν που οδήγησε το πρωτοαστρικό νέφος (δηλαδή την αρχική συγκέντρωση του υλικού που στη συνέχεια αποτέλεσε το άστρο) στη συμπίεση και προκάλεσε την αύξηση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό του ώστε να ξεκινήσουν οι αντιδράσεις σύντηξης, σηματοδοτώντας την γέννηση του αστεριού.
Η ενέργεια που παράγεται στον αστρικό πυρήνα, αφού διασχίσει το εσωτερικό του αστεριού και αλληλεπιδράσει με το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένο, τελικά εκπέμπεται στο διάστημα υπό τη μορφή ορατού φωτός ή άλλων ειδών ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Σε αυτήν οφείλουμε το ότι μπορούμε να δούμε τα αστέρια στον νυχτερινό ουρανό.
Όταν το υδρογόνο στον πυρήνα ενός αστέρα εξαντληθεί, το βάρος του αστέρα θα συμπιέσει τον πλούσιο σε ήλιο πυρήνα, με αποτέλεσμα την επιπλέον αύξηση της θερμοκρασίας του. Όταν αυξηθεί επαρκώς, θα είναι η σύντηξη του ηλίου η διαδικασία που θα παράσχει την απαραίτητη ενέργεια, δίνοντας παράταση στη ζωή του αστέρα, αλλά όχι χωρίς τίμημα. Ο αστέρας διαστέλλεται και μετατρέπεται σε έναν ερυθρό γίγαντα σηματοδοτώντας την αναπόφευκτη πορεία προς το αστρικό τέλος.
Εν ολίγοις, ακολουθώντας παρόμοια πορεία και εφόσον ο αστέρας έχει επαρκώς μεγάλη μάζα, η πυρηνική σύντηξη θα έχει αποτέλεσμα συνεχώς βαρύτερα στοιχεία να σχηματίζονται στο εσωτερικό του αστέρα. Η διαδικασία αυτή, όμως, έχει ένα όριο. Όταν στον πυρήνα δημιουργηθεί σίδηρος, ο αστέρας πλέον έχει χάσει κάθε εναλλακτική πηγή ενέργειας και οδεύει με βεβαιότητα προς το τέλος της ζωής του, επειδή η σύντηξη του σιδήρου δεν παράγει ενέργεια, αλλά, αντιθέτως, απορροφά.
Το τέλος αυτό σηματοδοτείται, για τα αστέρια με μεγάλη μάζα, από μια εντυπωσιακή έκρηξη, η οποία αυξάνει κατά πολύ τη λαμπρότητα του αστέρα. Ο αστέρας θα λάμψει για μια τελευταία φορά ως ένας υπερκαινοφανής.
Το μέρος του αστέρα που παραμένει (εφόσον δεν διαλυθεί) συμπιέζεται με βιαιότητα μέχρι τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια (τα μικρότερα ελεύθερα σωματίδια που αποτελούν το αστρικό πλάσμα) να ενωθούν και να δημιουργήσουν έναν αστέρα νετρονίων. Αν η μάζα του εναπομείναντα αστέρα είναι ακόμη μεγαλύτερη, τότε ο αστέρας θα καταλήξει σε μια μελανή οπή. Οι εκρήξεις υπερκαινοφανών εμπλουτίζουν το Σύμπαν με βαριά στοιχεία διευκολύνοντας τη δημιουργία αστέρων όπως ο Ήλιος μας.
Η μελέτη των τελευταίων σταδίων της ζωής των αστεριών, όπως αυτό στο οποίο βρίσκεται ο Μπετελγκέζ, μας βοηθούν να συμπληρώσουμε τις γνώσεις μας, καθώς πολλές από τις διαδικασίες της αστρικής εξέλιξης παραμένουν ακόμη άγνωστες. Φυσικά κάτι τέτοιο χρειάζεται υπομονή, μεγάλο πλήθος παρατηρήσεων κατά τη διάρκεια δεκάδων ετών και την εργασία γενεών αστροφυσικών, καθώς τα φαινόμενα εξελίσσονται πολύ αργά για τα ανθρώπινα δεδομένα.
Γιάννης Κοντογιάννης
