Καινοφανής αστέρας: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Πλέον γνωρίζουμε ότι οι καινοφανείς αστέρες είναι κατακλυσμικές πυρηνικές εκρήξεις που προκαλούνται από τον δίσκο επισυσσώρευσης που βρίσκεται γύρω από ένα [[λευκός νάνος|λευκό νάνο]], που είναι συνοδός ενός άλλου άστρου, ο οποίος κάποια στιγμή υπόκειται σε πυρηνική σύντηξη με ανεξέλεχτο τρόπο. Για να εξεληχθεί ένα διπλό σύστημα σε καινοφανή πρέπει τα δύο μέλη βρίσκονται σε μικρή απόσταση. Η έκρηξη κάνει το σύστημα να λάμπει 7 με 16 μεγέθη λαμπρότερο για κάποια ώρα, η οποία ποικίλει από καινοφανή σε καινοφανή. Οι καινοφανείς αστέρες αναγνωρίζονται τώρα ως [[μεταβλητοί αστέρες]] και γι'αυτό και έχουν την αντίστοιχη ονοματολογία.

 

 

Σήμερα γνωρίζουμε ότι ο κάθε καινοφανής προκαλείται από δύο αστέρες που περιφέρονται γύρω από το κοινό τους [[κέντρο μάζας]]. Οι αστέρες αυτοί είναι μεγάλης ηλικίας, με αποτέλεσμα ο ένας να έχει μετατραπεί σε [[Λευκός νάνος|λευκό νάνο]]. Οι λευκοί νάνοι δημιουργούνται από αστέρες μικρής σχετικά μάζας. Ο άλλος αστέρας στα συστήματα που προκαλούν τους καινοφανείς βρίσκεται ακόμα στην [[Κύρια ακολουθία]], συνεχίζει δηλαδή κανονικά να [[Αστρική εξέλιξη|εξελίσσεται]] συντήκοντας [[υδρογόνο]] σε [[ήλιο]] στις κεντρικές περιοχές του, όπως ακριβώς και ο [[Ήλιος]].<ref name="evo">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2003ApJ...591..288H How Massive Single Stars End Their Life], A. Heger, C. L. Fryer, S. E. Woosley, N. Langer, and D. H. Hartmann, ''The Astrophysical Journal'' '''591''', #1 (2003), pp. 288–300.</ref> Δεν προκαλούν όμως όλα τα διπλά συστήματα λευκού νάνου και αστέρα κύριας ακολουθίας εκρήξεις καινοφανών. Προκειμένου να πυροδοτούνται τέτοιες εκρήξεις, πρέπει τα μέλη του διπλού συστήματος να είχαν έναν αρχικό διαχωρισμό μικρότερο των 14 εκατομμυρίων χιλιομέτρων. Τότε ο [[αστρικός άνεμος]], ροή φορτισμένων σωματιδίων από τον αστέρα κύριας ακολουθίας προς το διάστημα, αφαιρεί τροχιακή [[στροφορμή]] από το σύστημα. Η αιτία βρίσκεται στο ότι τα αστρικά μαγνητικά πεδία ακολουθούν την πορεία των σωματιδίων προς τα έξω και τείνουν να επιβραδύνουν την [[περιστροφή]] του αστέρα (έχει συμβεί και με τον Ήλιο). Αλλά στα συστήματα με μικρό διαχωρισμό οι παλιρροϊκές δυνάμεις συγκρατούν τον αστέρα σε «[[σύγχρονη περιστροφή]]», δηλαδή ίσες περιόδους [[περιφορά|περιφοράς]] και περιστροφής. Στην περίπτωση αυτή η αφαίρεση στροφορμής από τον αστρικό άνεμο γίνεται από την τροχιακή στροφορμή όλου του συστήματος, με αποτέλεσμα οι δύο αστέρες να προσεγγίζουν. Εξάλλου, καθώς ο αστέρας μεγαλύτερης μάζας εξελίσσεται πρώτος, αρχίζει να διογκώνεται, μετατρεπόμενος σε [[ερυθρός γίγαντας|ερυθρό γίγαντα]], οπότε τα εξωτερικά του στρώματα απλώνονται και καλύπτουν αμφότερους τους αστέρες του συστήματος με έναν κοινό περιαστρικό θύλακα αραιού υδρογόνου. Το αέριο του θύλακα αυξάνει επίσης τη στροφορμή του σε βάρος της τροχιακής στροφορμής του συστήματος. Ως αποτέλεσμα, ποσότητες αερίου αποδεσμεύονται στο διάστημα και το ζεύγος των αστέρων καθίσταται ακόμα στενότερο.<ref name=evol/> Στο τέλος της φάσεως του «κοινού θύλακα», ο αστέρας με τη μεγαλύτερη μάζα εξαντλεί εντελώς τα πυρηνικά του αποθέματα και καταρρέει δημιουργώντας ένα συμπαγή λευκό νάνο. Ωστόσο η μαγνητογενής απώλεια στροφορμής συνεχίζεται.<ref>

}}</ref> Οι ίδιες περίοδοι περιφοράς ισχύουν και για τις περιπτώσεις των διπλών συστημάτων καινοφανών, αφού όπως ανακάλυψε η Αστρονομία του εικοστού αιώνα, οι καινοφανείς δεν αποτελούν παρά επεισόδια στη ζωή των κατακλυσμικών μεταβλητών.

 

 

Η διαδικασία που προκαλεί τις εκρήξεις καινοφανών συνιστά φυσιολογικό επακόλουθο της προσαυξήσεως του λευκού νάνου με μάζα από τον συνοδό αστέρα που λαβαίνει χώρα στους κατακλυσμικούς μεταβλητούς. Τελικά η πλούσια σε υδρογόνο ύλη του άλλου αστέρα σχηματίζει ένα στρώμα πάνω στην επιφάνεια του λευκού νάνου. Καθώς το στρώμα αυτό αυξάνεται, η τεράστια βαρύτητα (η [[επιτάχυνση της βαρύτητας]] εκεί είναι περίπου 330.000 φορές μεγαλύτερη από ό,τι στην επιφάνεια της Γης) το συμπιέζει μέχρι που να εκφυλισθεί η ύλη του, δηλαδή οι τροχιές των [[ηλεκτρόνιο|ηλεκτρονίων]] να καταρρεύσουν. Στην εκφυλισμένη ύλη η συμπεριφορά διαφέρει ριζικά από εκείνη ενός συνηθισμένου κλασικού αερίου, καθώς η περιγραφή της μπορεί να γίνει μόνο με βάση τους νόμους της [[Κβαντομηχανική|Κβαντομηχανικής]]: η [[πίεση]] είναι συνάρτηση περισσότερο της [[πυκνότητα|πυκνότητας]] παρά της [[θερμοκρασία|θερμοκρασίας]], πράγμα που στερεί από το υλικό μια βαλβίδα ασφαλείας για την αυξανόμενη θερμοκρασία του. Πάνω από μια ορισμένη θερμοκρασία αρχίζει [[πυρηνική σύντηξη]] του υδρογόνου, όμοια με εκείνη που συμβαίνει στα κέντρα των αστέρων Κύριας Ακολουθίας, εξώθερμη πυρηνική αντίδραση που αυξάνει απότομα τη θερμοκρασία του στρώματος, με αποτέλεσμα [[εκθετική αύξηση]] του ρυθμού των πυρηνικών αντιδράσεων και της παραγόμενης ενέργειας. Μέσα σε λίγες ώρες, ακόμα και ο εκφυλισμός των ηλεκτρονίων αδυνατεί να εξισορροπήσει την κατάσταση. Τότε το επιπρόσθετο στρώμα της ύλης εκτινάσσεται με εκρηκτικό τρόπο στο διάστημα. Ακριβώς αυτές οι εκρήξεις γίνονται αντιληπτές ως καινοφανείς.

Οι ποσοτικές λεπτομέρειες δεν είναι γνωστές με ακρίβεια. Υπολογίζεται ότι αν μια μάζα αερίου εκατό φορές μεγαλύτερη από τη μάζα της Γης συσσωρευθεί στην επιφάνεια του λευκού νάνου, συμπιέζεται τόσο πολύ ώστε η πυκνότητα στη βάση αυτού του στρώματος είναι 10.000 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, παρά το ότι η θερμοκρασία ανέρχεται σε εκατομμύρια βαθμούς. Κατά τη διαδικασία της προσαυξήσεως εξάλλου αναμιγνύεται ποσότητα υλικού από το εσωτερικό του λευκού νάνου με το υλικό του επιπρόσθετου στρώματος, τροποποιώντας έτσι τη σύσταση του τελευταίου. Το γεγονός αυτό είναι σημαντικό, επειδή οι πυρήνες άνθρακα και οξυγόνου που περιέχει το εσωτερικό δρουν ως καταλύτες των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων που περιλαμβάνει η σύντηξη του υδρογόνου σε πυρήνες ηλίου, του λεγόμενου κύκλου CNO.<ref name="encyc">Prialnik, Dina. "Novae", pp. 1846-56, in Paul Murdin, ed. ''Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics.'' London: Institute of Physics Publishing Ltd and Nature Publishing Group, 2001. ISBN 1-56159-268-4</ref> Ως αποτέλεσμα η σύντηξη επιταχύνεται και καταλήγει αναπόφευκτα σε έκρηξη, ενώ η ευαισθησία της ταχύτητας των αντιδράσεων στη θερμοκρασία καθίσταται εξαιρετικά υψηλή: δεκαπλασιασμός της θερμοκρασίας επάγει αύξηση του ρυθμού των αντιδράσεων κατά 10 τετράκις εκατομμύρια ως 1 πεντάκις εκατομμύριο φορές. Οι προσομοιώσεις με ηλεκτρονικό υπολογιστή προβλέπουν ότι η επιφανειακή θερμοκρασία του επιπρόσθετου στρώματος κατά την έκρηξη μπορεί να φθάσει το ένα εκατομμύριο βαθμούς (Κελσίου ή Kelvin, η διαφορά μεταξύ των δύο κλιμάκων είναι 273 βαθμοί και συνεπώς καθίσταται ασήμαντη σε τέτοιες θερμοκρασίες), ενώ στη βάση του στρώματος μπορεί να υπερβαίνει τα 30 εκατομμύρια αμέσως πριν την έκρηξη και τα 200 εκατομμύρια βαθμούς επί ένα λεπτό μετά την έκρηξη. Η άνοδος της λαμπρότητας μπορεί να είναι απότομη ή σταδιακή.<ref>AAVSO Variable Star Of The Month: [http://www.aavso.org/vstar/vsots/0501.shtml May 2001: Novae]</ref>

 

 

«Αυτό που συμβαίνει κατά βάση είναι ότι ένας νέος ήλιος δημιουργείται προσωρινά πάνω στις στάχτες ενός άλλου, νεκρού ήλιου», είπε κάποτε ο ειδικός στους καινοφανείς Bob Williams του Πανεπιστημίου της Arizona. Τα πρώτα λεπτά μιας εκρήξεως καινοφανούς δεν έχουν πάντως παρατηρηθεί ποτέ. Το υπέρθερμο [[πλάσμα (Φυσική)|πλάσμα]] εκτινάσσεται με ταχύτητες μεγαλύτερες των 5.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο.<ref name=iron26/> Επειδή ο όγκος του αυξάνεται αδιαβατικά, το αέριο ψύχεται. Σε λίγες ώρες η θερμική ακτινοβολία που εκπέμπει παύει να κυριαρχείται από τις [[ακτίνες Χ]], μετατοπιζόμενη στο [[υπεριώδης ακτινοβολία|υπεριώδες]]. Ταυτόχρονα ωστόσο η επιφάνεια του ακτινοβολούντος αερίου αυξάνεται με τη διαστολή κατά χιλιάδες φορές, με αποτέλεσμα ο καινοφανής να γίνεται φωτεινότερος, παρά την ψύξη. Στη συνέχεια λαβαίνει χώρα μια ακόμα ενδιαφέρουσα μεταβολή. Αρχικά το διαστελλόμενο αυτό κέλυφος αποτελείται όπως είπαμε από πλάσμα (θερμό αέριο [[ηλεκτρόνιο|ηλεκτρονίων]] και [[ιόν|ιόντων]]). Καθώς όμως ψύχεται, φθάνει σε ένα σημείο που η θερμοκρασία του πέφτει κάτω των 10.000 περίπου βαθμών Kelvin.<ref name=infC1975/> Τότε, στη συγκεκριμένη μεγάλη πυκνότητα, τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να επανασυνδέονται με τα ιόντα, σχηματίζοντας άτομα που είτε είναι ηλεκτρικώς ουδέτερα, είτε τους λείπει ένα μόνο ηλεκτρόνιο. Τα άτομα αυτά διαθέτουν πολλά ενεργειακά επίπεδα και μπορούν να απορροφήσουν δεκάδες εκατομμύρια διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Οι σημαντικότεροι απορροφητές ακτινοβολίας είναι τα ιόντα ή άτομα με ατομικούς αριθμούς περί το 26 ([[σίδηρος]]). Αυτά τα ιόντα και άτομα εμποδίζουν τη διαφυγή του μεγαλύτερου μέρους της υπεριώδους ακτινοβολίας, δηλαδή του μεγαλύτερου τμήματος της εκπεμπόμενης ενέργειας σε εκείνη τη φάση. Μια ομάδα αστρονόμων που μελέτησε αυτή τη φάση, την αποκάλεσε «το σιδηρούν παραπέτασμα».<ref name=iron26>{{cite journal|author = Hauschildt, P. H.; Starrfield, S.; Austin, S.; Wagner, R. M.; Shore, S. N.; Sonneborn, G.