Λειτουργώντας ως αστρικοί αρχαιολόγοι, οι επιστήμονες εντόπισαν απολιθωμένο μαγνητισμό σε αστέρια που έχουν πεθάνει εδώ και πολύ καιρό, γνωστά ως «λευκοί νάνοι». Αυτή η ανακάλυψη μπορεί να βοηθήσει να εξηγηθεί πώς τα αστέρια εξελίσσονται από τη φάση του «φουσκωμένου» κόκκινου γίγαντα στη φάση του συμπαγούς και σιγοκαίγοντος λευκού νάνου, μια διαδικασία που θα υποστεί ο Ήλιος μας σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η ομάδα πίσω από αυτή την έρευνα συνέδεσε ένα θεωρητικό μοντέλο με παρατηρήσεις αστέρων σε διαφορετικά στάδια της εξέλιξής τους, συνδέοντας ενδείξεις μαγνητικών πεδίων στην επιφάνεια των λευκών νάνων με μαγνητισμό που ανιχνεύθηκε στους πυρήνες των κόκκινων γιγάντων. Το μοντέλο της ομάδας βασίζεται στην ιδέα ότι τα μαγνητικά πεδία, τα οποία σχηματίζονται νωρίς στη ζωή ενός άστρου, παραμένουν καθ’ όλη τη διάρκεια των μεταγενέστερων σταδίων τους, εμφανιζόμενα τελικά στους λευκούς νάνους δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα ως «απολιθωμένα πεδία».
Με αυτές τις πληροφορίες στη διάθεσή τους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν στη συνέχεια μετρήσεις αστρικών ταλαντώσεων, ή απλά «αστρικών σεισμών», αξιοποιώντας τεχνικές από τον τομέα της αστροσεισμολογίας. Αυτό τους επέτρεψε να αναπτύξουν περαιτέρω τη θεωρία των απολιθωμένων πεδίων ως εξήγηση για τον αστρικό μαγνητισμό.
«Το μαγνητικό πεδίο ενός άστρου είναι σημαντικό για τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί το άστρο εσωτερικά, καθώς και για τη διάρκεια της ζωής και την εξέλιξή του», δήλωσε σε ανακοίνωση ο συν-επικεφαλής της ομάδας, Λούκας Αϊνραμχοφ, από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Αυστρίας (ISTA). «Γενικά, οι παλαιότεροι λευκοί νάνοι τείνουν να είναι πιο μαγνητικοί από τους νεότερους λευκούς νάνους.»
Για να κατανοήσουμε τη σχέση μεταξύ των κόκκινων γιγάντων και των λευκών νάνων, ας εξετάσουμε την τελική εξέλιξη του δικού μας άστρου, του Ήλιου.
Από κόκκινους γίγαντες σε λευκούς νάνους
Σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια, ο Ήλιος θα έχει εξαντλήσει το υδρογόνο στον πυρήνα του και δεν θα είναι πλέον σε θέση να πραγματοποιεί τη διαδικασία πυρηνικής σύντηξης που μετατρέπει αυτό το στοιχείο σε ήλιο. Καθώς αυτή η διαδικασία αποτελεί την κύρια πηγή ενέργειας που παράγει ο Ήλιος, αυτό σημαίνει ότι θα σταματήσει και η προς τα έξω πίεση που εμποδίζει τον Ήλιο να καταρρεύσει υπό τη δική του βαρύτητα.
Καθώς ο πυρήνας του Ήλιου καταρρέει, τα εξωτερικά του στρώματα, όπου εξακολουθεί να λαμβάνει χώρα η πυρηνική σύντηξη, θα διογκωθούν σε περίπου 100 φορές το αρχικό πλάτος του Ήλιου — ίσως και περισσότερο. Αυτή είναι η φάση του κόκκινου γίγαντα. Στο ηλιακό σύστημα, αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει τον Ήλιο να καταπιεί τους βραχώδεις πλανήτες, συμπεριλαμβανομένης της Γης, μέχρι και την τροχιά του Άρη.
Η φάση του κόκκινου γίγαντα του Ήλιου θα είναι σχετικά βραχύβια, καθώς αναμένεται να διαρκέσει μόλις 1 δισεκατομμύριο χρόνια. Τα εξωτερικά στρώματα του άστρου θα κρυώσουν τελικά και θα διασκορπιστούν, αφήνοντας ένα νεφέλωμα από πρώην αστρικό υλικό να περιβάλλει τον πυρήνα του Ήλιου, ο οποίος στη συνέχεια θα μετατραπεί σε ένα εκτεθειμένο, ψυχρό αστρικό κατάλοιπο που ονομάζεται λευκός νάνος. Αυτή είναι η τελική φάση της ζωής για όλα τα άστρα με μάζα παρόμοια με εκείνη του Ήλιου.
Πρόσφατα, οι αστρονόμοι μελετούν το εσωτερικό των κόκκινων γιγάντων χρησιμοποιώντας αστρικούς σεισμούς, ακριβώς όπως οι σεισμολόγοι εδώ στη Γη χρησιμοποιούν σεισμικά κύματα και σεισμούς για να διερευνήσουν το εσωτερικό του πλανήτη μας.
Αυτό αποκάλυψε ότι υπάρχουν μαγνητικά πεδία στους πυρήνες των κόκκινων γιγάντων, ενώ οι λευκοί νάνοι φαίνεται να έχουν μαγνητικά πεδία στην επιφάνειά τους. Ο Einramhof και οι συνεργάτες του πιστεύουν ότι το μοντέλο του «απολιθωμένου πεδίου» του αστρικού μαγνητισμού συνδέει αυτά τα μαγνητικά πεδία στις δύο διακριτές εξελικτικές φάσεις των αστεριών, παρά το γεγονός ότι πρόκειται για μια θεωρία που έχει χάσει την εύνοια των επιστημόνων τα τελευταία χρόνια.
«Επειδή ένας λευκός νάνος είναι ο εκτεθειμένος πυρήνας ενός κόκκινου γίγαντα που έχει αποβάλει τα εξωτερικά του στρώματα, αυτές οι διαφορετικές παρατηρήσεις ουσιαστικά εξετάζουν την ίδια περιοχή του εσωτερικού ενός άστρου σε διαφορετικά εξελικτικά στάδια», δήλωσε ο Einramhof. «Αν το μαγνητικό πεδίο που παρατηρείται κατά τη φάση του κόκκινου γίγαντα είναι το ίδιο με αυτό που εξελίσσεται και παρατηρείται στην επιφάνεια του λευκού νάνου, τότε η θεωρία του απολιθωμένου πεδίου μπορεί να εξηγήσει και να συνδέσει τις παρατηρήσεις».
Αυτός και η ομάδα του θεωρούν ότι μετά τη φάση του κόκκινου γίγαντα, η αποβολή των εξωτερικών στρωμάτων ενός άστρου θα αφήσει διακριτικά χαρακτηριστικά στην επιφάνεια του λευκού νάνου που θα τον διαδεχθεί. Ένα από τα βασικά στοιχεία αυτού είναι το πόσο μακριά εκτείνεται ο μαγνητισμός στον πυρήνα του κόκκινου γίγαντα.
«Για να συνδεθούν τα μαγνητικά πεδία που παρατηρούνται στην επιφάνεια παλαιότερων λευκών νάνων με αυτά που βρίσκονται στον πυρήνα των προγόνων τους, των κόκκινων γιγάντων, ένα μεγαλύτερο τμήμα του άστρου πρέπει να είναι μαγνητισμένο», εξήγησε ο Einramhof. «Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι τα άστρα είναι πιο έντονα μαγνητισμένα, αλλά μόνο ότι τα μαγνητικά πεδία πρέπει να φτάνουν ήδη σε ένα μεγαλύτερο τμήμα του πυρήνα τους.»
Η ομάδα προσδιόρισε επίσης πώς η εξέλιξη ενός άστρου επηρεάζει το σχήμα του μαγνητικού του πεδίου, διαπιστώνοντας ότι αντί να είναι επικεντρωμένο σε ένα σημείο, σχηματίζει μια τμηματοποιημένη δομή όπως η επιφάνεια μιας μπάλας μπάσκετ, η οποία είναι ισχυρότερη κοντά στην επιφάνεια από ό,τι στον πυρήνα.
Όλα αυτά θα μπορούσαν να δώσουν στους επιστήμονες μια καλύτερη εικόνα για το τι επιφυλάσσει το μέλλον για τον Ήλιο, αλλά και για τη γενική κατάσταση του άστρου μας βαθιά κάτω από την επιφάνειά του.
«Ακόμα δεν γνωρίζουμε αν ο πυρήνας του Ήλιου είναι μαγνητικός. Παρόλο που είναι το δικό μας άστρο, είμαστε πρακτικά τυφλοί όσον αφορά το τι συμβαίνει στο κέντρο του», δήλωσε ο Einramhof. «Οι τρέχουσες προβλέψεις υποθέτουν ότι ο πυρήνας του Ήλιου δεν είναι μαγνητικός. Αλλά αν αποδειχθεί ότι είναι, αυτή η πληροφορία θα άλλαζε όλα όσα γνωρίζουμε και όλα τα μοντέλα στα οποία βασίζουμε την εργασία μας. Δεδομένου του πόσο λίγα γνωρίζουμε σε αυτό το στάδιο, η εργασία μας υποδηλώνει ότι τα άστρα είναι κατά πάσα πιθανότητα όλα μαγνητικά. Αλλά δεν μπορούμε πάντα να ανιχνεύσουμε αυτόν τον μαγνητισμό».
Ακολουθώντας το παράδειγμα της ομάδας, οι επιστήμονες μπορεί επίσης να ανακαλύψουν ότι το άστρο μας, ηλικίας 4,6 δισεκατομμυρίων ετών, έχει λίγο περισσότερο χρόνο ζωής από ό,τι υπολογίζεται σήμερα.
«Αν ο Ήλιος μπορεί με κάποιο τρόπο να μεταφέρει υδρογόνο από τα εξωτερικά του στρώματα στον πυρήνα του, θα μπορούσε να ζήσει περισσότερο. Ένας τρόπος για να γίνει αυτό θα ήταν μέσω ισχυρών μαγνητικών πεδίων», είπε ο Einramhof. «Ωστόσο, τα μαγνητικά πεδία μπορεί επίσης να οδηγήσουν σε ένα πολύ διαφορετικό αποτέλεσμα.»
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύθηκε στις 14 Απριλίου στο περιοδικό Astronomy & Astrophysics.
