Νέο τηλεσκόπιο «είδε» αστέρια πάνω στην γένεσή τους

In this image of the galaxy Messier 82 clearly shows the vast amounts of dust and gas that are present in our universe. Within the galaxy, astronomers believe that stars are forming at 10 times the rate they are inside our Milky Way galaxy.

Οι αστρονόμοι εδώ και δεκαετίες διακατέχονταν από μια βασική αντίληψη για το πώς σχηματίζονται τα αστέρια. Όμως μετά από παρατήρηση και έρευνα η θεωρία αυτή αποδείχθηκε έωλη. Τώρα, ένα αμερικανο-γερμανικό πρόγραμμα φιλοδοξεί να μας δώσει μια νέα οπτική μέσα από το τηλεσκόπιο με υπέρυθρες ακτίνες που εγκατέστησε πάνω σε ένα παλιό μπόϊνγκ 747 των Παναμερικανικών Αερογραμμών.

Τα αστέρια είναι ουράνια σώματα που έχουν την προέλευσή τους στο σκοτάδι. Όλες οι μικροσκοπικές κουκίδες που βλέπουμε να λάμπουν βράδυ κάποτε γεννήθηκαν μέσα σε κατάμαυρα σύννεφα που περιπλανούνταν στα πέρατα του Γαλαξία μας.

Η μέγιστη θερμοκρασία αυτών των νεφελωμάτων αγγίζει τους -250C°! Στην πραγματικότητα τα σύννεφα αυτά έχουν περίπου την ίδια θερμοκρασία με το διάστημα που τους περιβάλλει. Επιπρόσθετα, η αρχική τους πυκνότητα δεν είναι πολύ μεγαλύτερη του κενού. Σχηματικά, σε όγκο όσο το μέγεθος του Ειρηνικού Ωκεανού ίσα που περιέχεται ένα γραμμάριο υδρογόνου.

Αυτά τα ευρέως διασκορπισμένα άτομα αερίων αποτελούν την πρώτη ύλη από την οποία γεννιούνται τα αστέρια. Αλλά θα χρειαστούν αιώνες μέχρι αυτές οι λεπτές παγωμένες νεφελώδεις λωρίδες να συμπτυχθούν σε συμπαγείς φλεγόμενους πυρήνες. Αρχικά, πρέπει να σχηματιστούν συστάδες ανάμεσα σε νέφη αερίων και σκόνης, με τα σωματίδιά τους να αλληλοέλκονται και να πετούν παράλληλα σε υπερηχητικές ταχύτητες. Στη συνέχεια, η υπερβολική πίεση επιφέρει την κατασκευή του πυρήνα των αυξανόμενα πυκνών αέριων μαζών, εκεί όπου ξεκινά η θερμοπυρηνική σύντηξη του υδρογόνου. Δεν είναι τίποτα άλλο από την φωτιά του νέου αστέρα.



Αυτή η θεωρία, μέσες-άκρες, βασίζεται σε προσομοιώσεις που έχουν γίνει με την βοήθεια υπολογιστών. Κανένας δεν έχει δει στην πραγματικότητα την γέννηση και την ανάπτυξη των ήλιων. Δυστυχώς για τους αστρονόμους, όλες αυτές οι διεργασίες είναι είτε μη-ορατές στα πρώιμα στάδια είτε «κρύβονται» στα τελευταία. Τα σύννεφα από αέρια και σκόνη που περιβάλλουν τα ανερχόμενα αστέρια σαν προστατευτικό επικάλυμμα, εμποδίζουν κάθε αχτίδα φωτός από το να αποδράσει. Οι ακριβείς λεπτομέρειες για το πώς γεννιέται ένα αστέρια παραμένουν πάντως ένα μυστήριο.

Στις μέρες μας η Αστροφυσική προσεγγίζει τα μέρη όπου γεννιούνται τα αστέρια με μια διαφορετική ματιά. Ακόμη και τα παγωμένα νέφη εκπέμπουν θερμική ακτινοβολία. Μπορεί αυτά τα υπέρυθρα σήματα-κύματα να μην είναι ορατά στο ανθρώπινο μάτι, όμως το πιο ασυνήθιστο τηλεσκόπιο του κόσμου, από την κορυφή ενός αεροσκάφους, είναι σε θέση να τα διακρίνει.



Απαστράπτοντα νέφη

Το τηλεσκόπιο, ονόματι SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), αποτελεί το μεγαλύτερο αμερικανο-γερμανικό ερευνητικό εγχείρημα που έχει τεθεί ποτέ σε εφαρμογή. Χρειάστηκαν 20 χρόνια για την ανάπτυξή του, ενώ το κόστος του έφτασε το ένα δις ευρώ. Μέχρι την επίσημη έναρξη του προγράμματος, το όλο σχέδιο πήγε να ματαιωθεί αρκετές φορές.



Το υπέρυθρο τηλεσκόπιο είναι τοποθετημένο πάνω σε ένα ειδικά διαμορφωμένο μπόϊνγκ 747 που κάποτε χρησιμοποιούταν για τις υπερατλαντικές πτήσεις των Παναμερικανικών Αερογραμμών. Σε υψόμετρο άνω των 14χλμ, πολύ υψηλότερα από εκεί που πετούν τα εμπορικά αεροπλάνα, το παλιό τζετ διαμορφώνεται σε «καμπριολέ»: η πτυσσόμενη οροφή της ατράκτου ανοίγει δίνοντας στο SOFIA τη δυνατότητα να ατενίζει το άπειρο. Για την αποφυγή αναταράξεων και δονήσεων, το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο που έχει τοποθετηθεί ποτέ σε αεροσκάφος επιπλέει πάνω σε μια στρώση λαδιού.

A new telescope, called the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA), has been mounted on an old passenger jet in order to collect infrared wavelengths from distant dust clouds to help astronomers better understand the process of star birth.

Η υπεράνθρωπη προσπάθεια αναπόφευκτη. Ένα τηλεσκόπιο από την επιφάνεια της Γης είναι πρακτικά αδύνατο να εντοπίσει υπέρυθρη ακτινοβολία προερχόμενη από το διάστημα, διότι το μεγαλύτερό της μέρος, με εξαίρεση κάποια μήκη κυμάτων, απορροφάται από τους υδρατμούς που βρίσκονται στην γήινη ατμόσφαιρα. Ως εκ τούτου, τα κρύα νεφελώματα από αέρια και σκόνη μπορούν να ειδωθούν και μελετηθούν μονάχα από την στρατόσφαιρα και πάνω.

Η προσπάθεια δείχνει να αποδίδει. Ο Χανς Ζίνεκερ, υποδιευθυντής της επιστημονικής αποστολής SOFIA δηλώνει πως: «Στις πρώτες εικόνες, φαίνεται σαν τα σκοτεινά σύννεφα να φλέγονται, λόγω της έντονης λάμψης που εξέπεμπαν μέσα στο υπέρυθρο φωτοφάσμα. Επιτέλους τώρα μπορούμε να ανακτήσουμε ένα εξαιρετικά πολύτιμο θησαυρό δεδομένων».

Τα εν λόγω νέφη δεν αποτελούν απλώς την πρώτη ύλη, από την οποία αναδύονται τα αστέρια. Επίσης σχηματίζουν κοσμικά «εργοστάσια» όπου επωάζονται εξαιρετικά πολύπλοκα μόρια, πιθανώς ακόμη και δομικά στοιχεία της ζωής, όπως αμινοξέα. «Πολύπλοκες χημικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα μέσα στα νέφη, διεργασίες που δεν είμαστε ακόμη σε σημείο να κατανοήσουμε», λέει ο Ζίνεκερ.

Οι αστροφυσικοί επιστήμονες τώρα αξιολογούν δεδομένα που περισυλλέχθηκαν από το ιπτάμενο τηλεσκόπιο. Και φαίνεται πως το SOFIA θα τους επιτρέψει να ρίξουν μια ματιά μέσα στο αστρικό «μαιευτήριο».
Ταχύρυθμη παραγωγή αστεριών

Μια ομάδα από το ραδιοαστρονομικό ινστιτούτο «Μαξ Πλανκ» στην Βόννη της Γερμανίας με επικεφαλής τον αστροφυσικό Φρίντριχ Βιρόφσκι ανίχνευσε τα θεμέλια των πρώιμων φάσεων στις οποίες μεγαλώνει ένα αστέρι. Οι επιστήμονες παρατήρησαν πως τα παγωμένα πρωταστέρια σταδιακά απορροφούν τα νέφη της ύλης που τα περιβάλουν. Η όρεξή τους δε αυτή δείχνει να μην έχει όρια.



Οι επιστήμονες συνέλαβαν κάποια «μαρτυριάρικα» ελαφρά σήματα μορίων αμμωνίας να κατευθύνονται προς τα πρωταστέρια με ταχύτητες που προσέγγιζαν τα 10 χιλιάδες χλμ ανά ώρα, σύμφωνα με τον Βιρόφσκι. Οι υπολογισμοί τους έδειξαν ότι, εξαιτίας της απίστευτης βαρυτικής τους έλξης, κάθε μία από αυτές τις μπάλες αερίων απορροφά μάζα ίση με την μάζα της Γης μέσα σε μόλις λίγες εβδομάδες.

Λόγω του υψηλού «ρυθμού επικάθησης», τα αστέρια αναπτύσσονται με πολύ γρηγορότερο ρυθμό από αυτόν που είχαν προβλέψει τα υπολογιστικά μοντέλα. Τα άστρα-«έμβρυα» θα συνεχίσουν να μεγαλώνουν μέσα στο νεφελώδες κουκούλι τους για άλλα 10χιλιάδες χρόνια ή μέχρις ότου κάποια από αυτά θα έχουν μάζα 30 φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο μας. Τότε, θα αρχίσει ξαφνικά η πυρηνική σύντηξη στους πυρήνες του, μεταμορφώνοντας τις αμυδρές μπάλες αερίων σε φλεγόμενα αστέρια μέσα σε λίγα χρόνια.

Οι αστροφυσικοί σχεδιάζουν να συνεχίσουν να στέλνουν το ιπτάμενο τηλεσκόπιο σε ταξίδια στη στρατόσφαιρα τουλάχιστον μέχρι το 2030. Το υπέρυθρο αστεροσκοπείο τους πολύ σύντομα δεν θα έχει κανέναν ανταγωνιστή. Το μόνο άλλο τηλεσκόπιο με ευαισθησία σε παρόμοια μήκη κυμάτων βρίσκεται στο Αστεροσκοπείο διαστήματος Herschel της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA), το οποίο θα ξεμείνει από ψυκτικό υγρό σε λίγους μήνες.

In this image, it is easy to see the dust that is present in outer space. Ultimately, that dust may accrete to form a star.

Το διαστημόπλοιο Herschel έκανε πρόσφατα μερικές συναρπαστικές ανακαλύψεις. Την περασμένη εβδομάδα, μία ομάδα από το Ινστιτούτο Αστρονομίας «Μαξ Πλανκ» της Χαϊδεμβέργης με επικεφαλής τον Μάρκους Νίλμποκ παρουσίασε έναν μοναδικό τρισδιάστατο χάρτη ενός σκοτεινού νέφους, τον οποίο οι επιστήμονες κατασκεύασαν με την βοήθεια δεδομένων από το Herschel. Στην τρισδιάστατη εικόνα φαίνεται πως το νέφος από μόρια, ονόματι Barnard 68 (στον αστερισμό του Οφιούχου), έχει εμφανώς συγκρουστεί με ένα μικρότερο σύννεφο. Η σύγκρουση αυτή μπορεί να προκαλέσει τώρα την κατάρρευση του Barnard 68, οδηγώντας έτσι στη γέννηση αρκετών νέων αστέρων μέσα στα επόμενα 100.000 χρόνια.

Η επόμενη Γενιά

Οι επιστήμονες που εργάζονται πάνω στο πρόγραμμα SOFIA ευελπιστούν να κάνουν ένα τόσο δραματικό γεγονός, όπως είναι η ανάφλεξη ενός αστέρα, ορατό μέσα στα επόμενα χρόνια. Ο Ζίνεκερ ελπίζει: «Μετρώντας την υπέρυθρη ακτινοβολία, θα βρεθούμε σε θέση να παρατηρήσουμε πώς ένα αστέρι απορροφάει το κέλυφός του από μέσα. Επίσης θα μπορέσουμε να το παρακολουθήσουμε να σκάει μέσα απ'το αυγό αυτό».




Με την γέννηση κάθε νέου αστέρα, ο προηγούμενος κοσμικός κύκλος κλείνει δίνοντας τη σκυτάλη στον επόμενο. Όταν ένα αστέρι σαν τον ήλιο μας πεθαίνει μετά από μια ζωή αρκετών δισεκατομμυρίων ετών, εκτοξεύει το καυτό αέριο κέλυφός του μέσα στο κενό του διαστήματος. Τα αέρια υπολείμματα ενός σβησμένου ήλιου θα συνεχίζουν να καίγονται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες για χιλιάδες χρόνια μετά τον θάνατό του. Αλλά το νεφέλωμα σταδιακά θα ψυχρανθεί και θα παρασυρθεί μέσα στο Γαλαξία, εκεί όπου οι στάχτες των νεκρών ήλιων θα προμηθεύσουν την πρώτη ύλη για την επόμενη γενιά αστεριών.

Στο τέλος, ίσως οι αστρονόμοι επιλύσουν ακόμα και το μυστήριο του γιατί στον γαλαξία μας να γεννιέται τόσο μικρός αριθμός αστεριών, την ώρα που στο σύμπαν υπάρχουν αναρίθμητα αστέρια, περισσότερα από 100 δισεκατομμύρια, όπως απεικονίζονται και στην εντυπωσιακή φωτογραφία που δημοσίευσε το ευρωπαϊκό νότιο αστεροσκοπείο στα τέλη Οκτωβρίου. Σε αυτήν διακρίνονται περισσότερα από 84 εκατομμύρια αστέρια στο κέντρο του γαλαξία αλλά, περιέργως, δεν έχουν προστεθεί σε αυτά τυχόν νέα.

A star producing region in the nearby Large Magellanic Cloud. Initial date from the SOFIA telescope indicates that star formation might be much faster than initially thought.

Τα στροβιλίζοντα μαύρα σύννεφα μπορούν να τροφοδοτήσουν με αρκετό καύσιμο ένα νέο αστέρι ώστε αυτό να φουντώσει στον ουρανό κάθε ώρα που περνάει. Όμως η ωρίμανση των αστέρων είναι, όπως φαίνεται, μια ευαίσθητη διεργασία που αρχίζει μονάχα όταν τα σύννεφα μορίων φτάσουν ακριβώς την σωστή θερμοκρασία και πυκνότητα. Αυτό βοηθάει στο να εξηγήσουμε γιατί μόλις τρία αστέρια αναφλέγονται, δηλαδή γεννιούνται, στο Σύμπαν κάθε χρόνο.

Πηγή: Der Spiegel  Μετάφραση : Τhe insider
 http://www.spiegel.de/international/zeitgeist/a-german-american-project-peeks-into-the-birthplace-of-stars-a-866029.html