H αναγέννηση του μυστηριώδους άστρου SAO 244567. Astronomers observe star reborn in a flash

Αυτή η εικόνα του νεφελώματος Stingray, ένα πλανητικό νεφέλωμα 2.700 έτη φωτός από τη Γη, λήφθηκε το 1998. Στο κέντρο του νεφελώματος βρίσκεται το ταχέως εξελισσόμενο άστρο SAO 244567. Οι παρατηρήσεις που έγιναν κατά τα τελευταία 45 χρόνια έδειξαν ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας του αστέρα αυξήθηκε κατά 40.000 βαθμούς Κελσίου περίπου. Τώρα οι νέες παρατηρήσεις του φάσματος του άστρου αποκαλύπτουν ότι το SAO 244567 άρχισε και πάλι να ψύχεται. This image of the Stingray nebula, a planetary nebula 2700 light-years from Earth, was taken with the Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) in 1998. In the centre of the nebula the fast evolving star SAO 244567 is located. Observations made within the last 45 years showed that the surface temperature of the star increased by almost 40,000 degrees Celsius. Now new observations of the spectra of the star have revealed that SAO 244567 has started to cool again. Credit: ESA/Hubble & NASA

Xρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, μια διεθνής ομάδα αστρονόμων, με επικεφαλής την Nicole Reindl του Πανεπιστημίου του Leicester, κατάφερε να μελετήσει την εξέλιξη ενός άστρου σε πραγματικό χρόνο. Κατά τη διάρκεια μιας περιόδου 30 ετών παρατηρήθηκαν δραματικές αυξήσεις στη θερμοκρασία του άστρου SAO 244567. Τώρα το άστρο ψύχεται και πάλι, έχοντας «αναγεννηθεί», επιστρέφοντας σε μια προηγούμενη φάση της αστρικής του εξέλιξης. Έτσι το SAO 244567 αποτελεί το πρώτο αναγεννημένο άστρο που έχει παρατηρηθεί και στο στάδιο της ψύξης του και στο στάδιο της θέρμανσής του. Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Monthly Notices της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας.

Παρά το γεγονός ότι το σύμπαν αλλάζει συνεχώς, οι περισσότερες διαδικασίες είναι πολύ αργές για να παρατηρηθούν μέσα στη διάρκεια μιας ανθρώπινης ζωής. Όμως η περίπτωση του άστρου SAO 244567 αποτελεί την εξαίρεση στον κανόνα. Πρόκειται για το σπάνιο παράδειγμα ενός άστρου που μας επιτρέπει να παρακολουθήσουμε την εξέλιξή του σε πραγματικό χρόνο. Σε χρονικό διάστημα μόλις είκοσι ετών το άστρο έχει διπλασιάσει την θερμοκρασία του και ήταν δυνατή η παρατήρηση του ιονισμού της ύλης του περιβάλλοντός, που δημιουργήθηκε από παλαιότερη εκτίναξη ύλης, και σήμερα είναι γνωστό ως Νεφέλωμα Stingray.

Το άστρο SAO 244567, 2700 έτη φωτός από τη Γη, είναι το κεντρικό άστρο του νεφελώματος Stingray, και η εξέλιξή του αποκαλύπτεται στις παρατηρήσεις που έγιναν κατά τη διάρκεια των τελευταίων 45 ετών. Μεταξύ 1971 και 2002, η θερμοκρασία στην επιφάνεια του άστρου είχε εκτοξευθεί στους 40.000 βαθμούς Κελσίου. Τώρα οι νέες παρατηρήσεις που έγιναν αποκάλυψαν ότι το SAO 244567 έχει αρχίσει να ψύχεται και να διαστέλλεται.

Αυτό είναι πάρα πολύ ασυνήθιστο, και η ταχεία θέρμανση θα μπορούσε εύκολα να εξηγηθεί αν υποτεθεί ότι το SAO 244567 είχε μια αρχική μάζα τρεις με τέσσερις φορές τη μάζα του Ήλιου. Ωστόσο, τα δεδομένα δείχνουν ότι το SAO 244567 πρέπει να είχε μια αρχική μάζα περίπου όση του Ήλιου μας. Τέτοια άστρα μικρής μάζας συνήθως εξελίσσονται σε πολύ μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα, οπότε η γρήγορη θέρμανση αποτελούσε ένα μυστήριο για δεκαετίες.

Το 2014 η ερευνητική ομάδα της Reindl πρότεινε μια θεωρία που επιλύει το πρόβλημα της γρήγορης αύξησης της θερμοκρασίας του SAO 244567 παρά την μικρή του μάζα. Πρότειναν ότι η θέρμανση οφείλεται σε αυτό που είναι γνωστό ως έκλαμψη-ηλίου: μια σύντομη ανάφλεξη των πυρήνων του ηλίου έξω από τον αστρικό πυρήνα.

Αυτή η θεωρία έχει πολύ ξεκάθαρες επιπτώσεις όσον αφορά το μέλλον το άστρου SAO 244567: αν έχει πράγματι βιώσει μια τέτοια έκλαμψη, τότε αυτή θα εξανάγκασε το κεντρικό άστρο να αρχίσει να διασταλλεί και να επαναψυχθεί – επιστρέφοντας έτσι πίσω, σε μια προηγούμενη φάση της εξέλιξής του. Αυτό είναι ακριβώς ό,τι επιβεβαίωσε τις νέες παρατηρήσεις. Όπως εξηγεί η Reindl: “Η απελευθέρωση της πυρηνικής ενέργειας από την έκλαμψη αναγκάζει το ήδη πολύ μικρό άστρο να διαστέλλεται στις διαστάσεις ενός γίγαντα – το σενάριο της αναγέννησης”.

Δεν είναι το μόνο παράδειγμα τέτοιου είδους αστέρα, αλλά είναι η πρώτη φορά που ένα άστρο έχει παρατηρηθεί να υφίσταται έναν τέτοιο μετασχηματισμό τόσο κατά το στάδιο της θέρμανσής του όσο και κατά το στάδιο της ψύξης του.

Δεν υπάρχουν ακόμη πλήρη αστρικά μοντέλα εξέλιξης που να μπορούν να εξηγήσουν πλήρως τη συμπεριφορά του SAO 244567. Όπως εξηγεί η Reindl: “Απαιτούνται λεπτομερείς υπολογισμοί για να εξηγήσουν κάποιες μυστηριώδεις ακόμα λεπτομέρειες στη συμπεριφορά του SAO 244567. Αυτό δεν θα μας βοηθούσε μόνο στην κατανόηση του ίδιου του άστρου, αλλά θα μπορούσε επίσης να μας δώσει μια βαθύτερη κατανόηση της εξέλιξης των άστρων που βρίσκονται στο κέντρο πλανητικών νεφελωμάτων” .

Βίντεο: η εξέλιξη του άστρου SAO 244567 στα τελευταία 12.000 χρόνια

This animation shows the fast evolution of SAO 244567. The animation starts in the year 10,300 BC, when the star had a radius 152 times the size of the Sun and a surface temperature of about 3,500 degrees Celsius, giving it its orange colour. At this point of its life the star had already lost half of its initial mass. After 10,000 years the star slowly shrinks to only 40 times the size of the Sun; at the same time its temperature rises to 6,800 degrees Celsius, causing its colour to change to white-yellow. As the star heats up to about 20,000 degrees Celsius helium fusion inside the star suddenly gets re-ignited — the late thermal pulse. After the flash the star heats quickly and becomes a blue-white star with a temperature of 21,000 degrees Celsius, only 4 times larger than the Sun. SAO 244567 shrinks further until it is only a third the size of the Sun and reaches a temperature of 60,000 degrees Celsius; this status was reached in the year 2002. Now new observations show that the star is still blue and hot — at about 50,000 degrees Celsius — but has started to expand again: its size is about two thirds of our Sun. Within the next few hundreds of years SAO 244567 will expand back to its giant dimensions and also change its colour to orange — as shown at the end of the animation. Credit: ESA/Hubble, L. Calçada

Στο βίντεο παρατηρούμε την γρήγορη εξέλιξη του άστρου SAO 244567. Αρχίζει από την χρονολογία 10.300 π.Χ., όταν το άστρο είχε ακτίνα 52 φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα του Ήλιου και η θερμοκρασία στην επιφάνειά του ήταν περίπου 3.500 βαθμούς Κελσίου, που του δίνει ένα πορτοκαλί χρώμα. Σε αυτό το σημείο της ζωής του, το αστέρι είχε ήδη χάσει το μισό της αρχικής του μάζας.

Μετά από 10.000 χρόνια το άστρο συρρικνώνεται αργά μέχρι να φτάσει 40 φορές το μέγεθος του Ήλιου, ενώ η θερμοκρασία του ανεβαίνει μέχρι του 6.800 βαθμούς Κελσίου, προκαλώντας αλλαγή του χρώματος σε λευκό-κίτρινο. Καθώς το άστρο θερμαίνεται μέχρι τους 20.000 βαθμούς Κελσίου, απότομα επανεκκινείται η σύντηξη του ηλίου στο εσωτερικό του άστρου – o τελευταίος θερμικός παλμός.

Μετά την έκλαμψη εξαιτίας της σύντηξης των πυρήνων ηλίου, το άστρο θερμαίνεται γρήγορα και γίνεται ένα μπλε-λευκό άστρο σε θερμοκρασία 21.000 βαθμούς Κελσίου, μόνο 4 φορές μεγαλύτερo από τον Ήλιο. Το άστρο SAO 244567 συρρικνώθηκε κι άλλο μέχρι να φτάσει στο ένα τρίτο του μεγέθους του Ήλιου και θερμοκρασία στους 60.0000 βαθμούς Κελσίου. Σ’ αυτή την κατάσταση είχε φτάσει το 2002. Τώρα οι νέες παρατηρήσεις δείχνουν ότι το άστρο είναι ακόμα μπλε και θερμό – στους 50.000 βαθμούς Κελσίου – αλλά άρχισε να διαστέλλεται και πάλι: το μέγεθός του είναι περίπου τα δύο τρίτα του Ήλιου.

Μέσα στα επόμενα εκατοντάδες χρόνια το άστρο SAO 244567 θα επεκταθεί πάλι στις γιγάντιες διαστάσεις του και θα αλλάξει επίσης το χρώμα του σε πορτοκαλί – όπως φαίνεται στο τέλος του βίντεο.

Πηγή: http://www.ras.org.uk/news-and-press/2906-astronomers-observe-star-reborn-in-a-flash