Gwiazda Polarna – jak wygląda jej powierzchnia

Naukowcy za pomocą interferometru Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) Array zidentyfikowali nowe szczegóły dotyczące rozmiaru i tego jak wygląda Gwiazda Polarna, znana również jako Polaris.

Gwiazda Polarna

.Jak tłumaczą astronomowie, biegun północny Ziemi wskazuje kierunek w przestrzeni wyznaczony przez Gwiazdę Polarną. Jest ona pomocna w nawigacjii, ale jest również niezwykłą gwiazdą samą w sobie. Jest ona najjaśniejszym członkiem układu potrójnego i jest gwiazdą zmienną pulsującą. Polaris staje się jaśniejsza okresowo, gdy jej średnica wzrasta i maleje w cyklu czterodniowym.

Polaris jest typem gwiazdy znanym jako zmienna cefeidalna. Astronomowie badacze używają tych obiektów jako „świec standardowych” (obiekt astronomiczny o znanej absolutnej wielkości gwiazdowej. Znając jasność absolutną oraz jasnością pozorną można wyznaczyć odległość do takiego obiektu), ponieważ ich prawdziwa jasność zależy od okresu pulsacji – jaśniejsze gwiazdy pulsują wolniej niż słabsze. To, jak jasny obiekt tego typu pojawia się na niebie, zależy od jego właściwości i odległości do niego. Ponieważ naukowcy znają prawdziwą jasność cefeidy na podstawie jej okresu pulsacji, mogą wykorzystać ją do pomiaru odległości do galaktyk i wnioskowania o tempie ekspansji Wszechświata.

Astronomowie z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, pod kierownictwem Nancy Evans obserwowali Polaris za pomocą optycznego interferometru CHARA składającego się z sześciu teleskopów w Mount Wilson w Kalifornii. Celem badania było zmapowanie orbity bliskiego, słabego towarzysza, który okrąża Gwiazdę Polarną co 30 lat. Nowe badania zostały opublikowane w The Astrophysical Journal.

„Niewielka separacja i wysoki kontrast jasności między dwiema gwiazdami sprawiają, że niezwykle trudno jest dostrzec ten układ podwójny przy ich największym zbliżeniu” – mówi Evans.

Powierzchnia Polaris

.CHARA Array połączył światło sześciu teleskopów rozmieszczonych na szczycie góry w Obserwatorium Mount Wilson, dzięki czemu działa jak 330-metrowy teleskop, aby wykryć słabego towarzysza, gdy przechodził blisko Polaris. Gwiazda Polarna została zarejestrowana za pomocą kamery MIRC-X zbudowanej przez naukowców z University of Michigan i Exeter University w Wielkiej Brytanii. Urządzenie to ma niezwykłą zdolność do rejestrowania szczegółów powierzchni gwiazd.

Badacze z powodzeniem śledzili orbitę towarzysza i zmierzyli zmiany wielkości cefeidy podczas jej pulsacji. Ruch orbitalny wykazał, że Gwiazda Polarna ma masę pięciokrotnie większą niż Słońce. Zdjęcia Polaris wykazały, że ma ona średnicę 46 razy większą niż nasza gwiazda. Obserwacje CHARA pozwoliły naukowcom po raz pierwszy zobaczyć, jak wygląda powierzchnia zmiennej cefeidy.

„Obrazy CHARA ujawniły duże jasne i ciemne plamy na powierzchni Polaris, które zmieniały się w czasie. Obecność plam i rotacja gwiazdy mogą być powiązane ze 120-dniową zmiennością zmierzonej prędkości” – zaznacza Gail Schaefer, dyrektor CHARA Array.

„Planujemy kontynuować obrazowanie Gwiazdy Polarnej w przyszłości. „Mamy nadzieję lepiej zrozumieć mechanizm, który generuje plamy na jej powierzchni” – podsumowuje John Monnier z University of Michigan.

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.

„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.

„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.

„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.

„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy„.

Oprac. EG