Με βάση αστρικά φάσματα συνολικού χρόνου ενεργού έκθεσης άνω των 200 ωρών με το τηλεσκόπιο VLT Kueyen 8,2 μέτρων στο Paranal (Χιλή), μια ομάδα αστρονόμων [1] έκανε μια εκπληκτική ανακάλυψη για τα αστέρια στο γιγάντιο νότιο σφαιρικό σμήνος Ωμέγα Κένταυρος.
Είναι γνωστό εδώ και αρκετό καιρό ότι, σε αντίθεση με άλλα σμήνη αυτού του τύπου, αυτό το αστρικό σμήνος φιλοξενεί δύο διαφορετικούς πληθυσμούς αστεριών που εξακολουθούν να καίνε υδρογόνο στα κέντρα τους. Ο ένας πληθυσμός, που αντιστοιχεί στο ένα τέταρτο των αστεριών του, είναι πιο μπλε από τον άλλο.
Χρησιμοποιώντας τον φασματογράφο πολλαπλών αντικειμένων FLAMES που είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για αυτό το είδος εργασίας, οι αστρονόμοι διαπίστωσαν ότι τα μπλε αστέρια περιέχουν περισσότερα βαριά στοιχεία από αυτά του πιο κόκκινου πληθυσμού. Αυτό ήταν ακριβώς αντίθετο από την προσδοκία και οδηγούνται στο συμπέρασμα ότι τα μπλε αστέρια έχουν υπεραφθονία του ελαφρού στοιχείου ηλίου μεγαλύτερη από 50%. Στην πραγματικότητα είναι τα πιο πλούσια σε ήλιο αστέρια που έχουν βρεθεί ποτέ. Αλλά γιατί συμβαίνει αυτό;
Η ομάδα προτείνει ότι αυτό το παζλ μπορεί να εξηγηθεί με τον ακόλουθο τρόπο. Πρώτον, έλαβε χώρα μια μεγάλη έκρηξη σχηματισμού άστρων κατά την οποία παρήχθησαν όλα τα αστέρια του κόκκινου πληθυσμού. Όπως και άλλα κανονικά αστέρια, αυτά τα αστέρια μετέτρεψαν το υδρογόνο τους σε ήλιο με πυρηνική καύση. Μερικοί από αυτούς, με μάζα 10-12 φορές τη μάζα του Ήλιου, αμέσως μετά εξερράγησαν ως σουπερνόβα, εμπλουτίζοντας έτσι το διαστρικό μέσο στο σφαιρωτό σμήνος με ήλιο. Στη συνέχεια, τα μπλε αστέρια του πληθυσμού σχηματίστηκαν από αυτό το πλούσιο σε ήλιο μέσο.
Αυτή η απροσδόκητη ανακάλυψη παρέχει σημαντικές νέες γνώσεις για τον τρόπο με τον οποίο τα αστέρια μπορούν να σχηματιστούν σε μεγαλύτερα αστρικά συστήματα.
Δύο πληθυσμοί
Τα σφαιρικά σμήνη είναι μεγάλα αστρικά σμήνη μερικά από τα οποία περιέχουν εκατοντάδες χιλιάδες αστέρια. Γενικά πιστεύεται ότι όλα τα αστέρια που ανήκουν στο ίδιο σφαιρικό σμήνος γεννήθηκαν μαζί, από το ίδιο διαστρικό νέφος και ταυτόχρονα. Περιέργως, ωστόσο, αυτό δεν φαίνεται να ισχύει για το μεγάλο νότιο σφαιρικό σμήνος Ωμέγα Κενταύρου.
Το Ωμέγα Κένταυρος είναι το γαλαξιακό σφαιρωτό σμήνος με τον πιο περίπλοκο αστρικό πληθυσμό. Η μεγάλη του μάζα μπορεί να αντιπροσωπεύει έναν ενδιάμεσο τύπο αντικειμένου, ανάμεσα σε σφαιρικά σμήνη και μεγαλύτερα αστρικά συστήματα όπως οι γαλαξίες. Υπό αυτή την έννοια, το Omega Centauri είναι ένα πολύ χρήσιμο «εργαστήριο» για την καλύτερη κατανόηση της ιστορίας του σχηματισμού των άστρων.
Ωστόσο, φαίνεται ότι όσο περισσότερες πληροφορίες αποκτούν οι αστρονόμοι για τα αστέρια σε αυτό το σμήνος, τόσο λιγότερο φαίνεται να κατανοούν την προέλευση αυτών των αστεριών. Αλλά τώρα, νέα ενδιαφέροντα αποτελέσματα από το ESO Very Large Telescope (VLT) μπορεί να δείξουν έναν πιθανό τρόπο επίλυσης των σημερινών, προφανώς αντιφατικών αποτελεσμάτων.
Πέρυσι, μια διεθνής ομάδα αστρονόμων [1], χρησιμοποιώντας δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble (HST), έδειξε ότι το Ωμέγα Κενταύριο, σε αντίθεση με όλα τα άλλα σφαιρικά σμήνη, διαθέτει δύο διαφορετικούς πληθυσμούς άστρων που καίνε υδρογόνο στο κέντρο τους. Ακόμη πιο αινιγματική ήταν η ανακάλυψη ότι ο πιο μπλε πληθυσμός ήταν πιο σπάνιος από τον πιο κόκκινο: αντιστοιχούσαν μόνο στο ένα τέταρτο του συνολικού αριθμού των αστεριών που εξακολουθούσαν να καίνε υδρογόνο στον κεντρικό τους πυρήνα. Αυτό είναι ακριβώς το αντίθετο από αυτό που περίμεναν οι αστρονόμοι, με βάση τις παρατηρήσεις περισσότερων εξελιγμένων αστεριών σε αυτό το σμήνος.
Πάνω από δύο εβδομάδες συνολικού χρόνου έκθεσης!
Η ίδια ομάδα αστρονόμων στη συνέχεια συνέχισε να παρατηρεί μερικά από τα αστέρια από τους δύο πληθυσμούς σε αυτό το σμήνος μέσω του οργάνου FLAMES στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο στο Paranal. Χρησιμοποίησαν τη λειτουργία MEDUSA, επιτρέποντας τη λήψη όχι λιγότερων από 130 φάσματα ταυτόχρονα.
Λήφθηκαν δώδεκα φάσματα μιας ώρας για 17 αστέρια του μπλε πληθυσμού και ισάριθμα αστέρια από το κόκκινο. Αυτά τα αστέρια έχουν μεγέθη μεταξύ 20 και 21, δηλαδή είναι μεταξύ 500.000 και 1 εκατομμύριο φορές πιο αμυδρότερα από αυτό που μπορεί να δει κανείς με γυμνό μάτι.
Στη συνέχεια συν-προστέθηκαν τα επιμέρους φάσματα των άστρων από κάθε πληθυσμό. Αυτό παρήγαγε ένα «μέσο» φάσμα ενός αστέρα με μπλε πληθυσμό και ένα άλλο ενός κόκκινου πληθυσμού. Κάθε ένα από αυτά τα φάσματα αντιπροσωπεύει συνολικά όχι λιγότερο από 204 ώρες χρόνου έκθεσης και συνεπώς παρέχει πληροφορίες με απαράμιλλη λεπτομέρεια για αυτά τα αστέρια, ειδικά όσον αφορά τη χημική τους σύνθεση.
Το επιστημονικό αποτέλεσμα ταιριάζει με το τεχνικό επίτευγμα!
Από μια προσεκτική μελέτη των συνδυασμένων φασμάτων, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να αποδείξουν ότι – αντίθετα με όλες τις προηγούμενες προσδοκίες – τα μπλε αστέρια είναι πιο «πλούσια σε μέταλλα» (κατά δύο φορές) από τα πιο κόκκινα. «Οι τελευταίοι βρέθηκαν να έχουν μια αφθονία στοιχείων μεγαλύτερης μάζας από το ήλιο που αντιστοιχεί περίπου στο 1/40 της ηλιακής αφθονίας [2]», εξηγεί ο Raffaele Gratton του INAF-Osservatorio Astronomico di Padova στην Ιταλία. «Αυτό είναι πράγματι πολύ μπερδεμένο καθώς τα σημερινά μοντέλα αστεριών προβλέπουν ότι όσο πιο πλούσιο σε μέταλλα είναι ένα αστέρι, τόσο πιο κόκκινο θα έπρεπε να είναι».
Ο Giampaolo Piotto (Πανεπιστήμιο της Πάντοβα, Ιταλία), αρχηγός της ομάδας, πιστεύει ότι υπάρχει λύση σε αυτό το ουράνιο παζλ: «Ο μόνος τρόπος που μπορούμε να εξηγήσουμε αυτή την ασυμφωνία είναι υποθέτοντας ότι οι δύο πληθυσμοί των άστρων έχουν διαφορετική αφθονία ηλίου . Διαπιστώνουμε ότι ενώ τα κόκκινα αστέρια έχουν κανονική αφθονία ηλίου, τα πιο μπλε αστέρια πρέπει να είναι εμπλουτισμένα σε ήλιο περισσότερο από 50% σε σχέση με τον άλλο πληθυσμό!».
Αυτά τα αστέρια είναι επομένως τα πιο πλούσια σε ήλιο αστέρια που έχουν βρεθεί ποτέ, και όχι μόνο κατά ένα ποσοστό! Χρειάστηκαν περίπου 8 δισεκατομμύρια χρόνια για να αυξήσει ο Γαλαξίας του Γαλαξία την αφθονία του ηλίου από την αρχέγονη τιμή του 24% (που δημιουργήθηκε από το Big Bang) στην σημερινή ηλιακή τιμή 28%, και όμως σε ένα σφαιρικό σμήνος που σχημάτισε μόνο 1 ή 2 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, τα αστέρια παρήχθησαν με 39% ήλιο!
Μόλυνση από σουπερνόβα
Το προφανές ερώτημα είναι τώρα: «Από πού προέρχεται όλο αυτό το ήλιο;»
Ο Luigi Bedin (ESO), άλλο μέλος της ομάδας, προτείνει ότι η λύση μπορεί να συνδεθεί με σουπερνόβα: «Το σενάριο που ευνοούμε επί του παρόντος είναι ένα σενάριο στο οποίο η υψηλή περιεκτικότητα σε ήλιο προέρχεται από υλικό που εκτοξεύεται κατά τις εκρήξεις των σουπερνόβα μεγάλων αστεριών. Είναι πιθανό ότι η συνολική μάζα του Ωμέγα Κενταύρου ήταν η σωστή για να επιτρέψει στο υλικό που εκδιώχτηκε από σουπερνόβα υψηλής μάζας να διαφύγει, ενώ η ύλη από εκρήξεις άστρων με μάζα περίπου 10-12 φορές τη μάζα του Ήλιου διατηρήθηκε».
Σύμφωνα με αυτό το σενάριο, το Ωμέγα Κένταυρος πρέπει επομένως να έχει δει δύο γενιές αστεριών. Η πρώτη γενιά, με αρχέγονη αφθονία ηλίου, παρήγαγε τα πιο κόκκινα αστέρια. Μερικές δεκάδες εκατομμύρια χρόνια αργότερα, τα πιο ογκώδη αστέρια αυτής της πρώτης γενιάς εξερράγησαν ως σουπερνόβα. Η εμπλουτισμένη σε ήλιο ύλη που αποβλήθηκε κατά τις εκρήξεις άστρων με μάζα 10-12 φορές μεγαλύτερη του Ήλιου «μόλυνε» το σφαιρωτό σμήνος. Στη συνέχεια, ένας δεύτερος πληθυσμός άστρων, τα πιο μπλε, σχηματίστηκε από αυτό το πλούσιο σε ήλιο αέριο.
Οι επιστήμονες αναγνωρίζουν ότι ορισμένα προβλήματα εξακολουθούν να υπάρχουν και ότι η τελευταία λέξη μπορεί να μην έχει ειπωθεί ακόμη για αυτό το ασυνήθιστο σφαιρωτό σμήνος. Όμως τα νέα αποτελέσματα αποτελούν ένα σημαντικό βήμα προς τη λύση του μεγαλύτερου μυστηρίου όλων: γιατί το Ωμέγα Κενταύριο είναι το μοναδικό μεταξύ του σφαιρωτού σμήνος των γαλαξιών που μπόρεσε να παράγει αστέρια εξαιρετικά πλούσια σε ήλιο;
Περισσότερες πληροφορίες
Η έρευνα που παρουσιάζεται εδώ εμφανίστηκε στο τεύχος 10 Μαρτίου του Astrophysical Journal, Vol. 621, σελ. 777 (“Metallicities on the Double Main Sequence of Omega Centauri Imply Large Helium Enhancement” από τους G. Piotto et al.) και είναι διαθέσιμο για λήψη ως astro-ph/0412016.
Σημειώσεις
[1]: Η ομάδα αποτελείται από τους Giampaolo Piotto, Giovanni Carraro, Sandro Villanova και Yazan Momany (Πανεπιστήμιο της Πάδοβα, Ιταλία), Luigi R. Bedin (ESO, Garching), Raffaele Gratton και Sara Lucatello (INAF - Osservatorio Astronomico di Πάντοβα, Ιταλία), Santi Cassisi (INAF- Αστρονομικό Παρατηρητήριο Teramo, Ιταλία), Alejandra Recio-Blanco (Observatoire de Nice, Γαλλία), Ivan R. King (Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, ΗΠΑ) και Jay Anderson (Πανεπιστήμιο Rice, Η.Π.Α. ).
[2]: Το ήλιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο χημικό στοιχείο στο Σύμπαν, μετά το υδρογόνο. Ο Ήλιος περιέχει περίπου 70% υδρογόνο και 28% ήλιο. Το υπόλοιπο, περίπου 2%, αποτελείται από όλα τα στοιχεία βαρύτερα από το ήλιο. Συνήθως αναφέρονται από τους αστρονόμους ως «μέταλλα».
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
