Μεταβλητός αστέρας

Σειρά εικόνων που δείχνουν την επέκταση του φωτός ενός μεταβλητού ερυθρού αστέρα, του V838 Μονόκερου

Στην αστρονομία ως μεταβλητός αστέρας χαρακτηρίζεται κάθε αστέρας του οποίου η λαμπρότητα αλλάζει με την πάροδο του χρόνου, παρουσιάζοντας μία διακύμανση του φαινόμενου μεγέθους του. Μεταβλητότητα φωτεινότητας δεν παρουσιάζουν όλοι οι αστέρες, αλλά σε όσους παρατηρείται, αποτελεί ένα μόνιμο και σταθερό χαρακτηριστικό τους που μελετάται μέσω της καμπύλης φωτός, μιας συνάρτησης δηλαδή που περιγράφει τη μεταβολή της λαμπρότητάς του σε συνάρτηση πάντα του χρόνου.

Γενικά - ιστορία

Κάθε μεταβλητός αστέρας παρουσιάζει ιδιαίτερη καμπύλη φωτός που με τη βοήθεια αυτής καθίσταται δυνατός ο προσδιορισμός του μεγίστου και του ελαχίστου, καθώς και το εύρος της μεταβολής της λαμπρότητας αυτού. Παράλληλα όμως μεταβάλλονται και άλλα φυσικά χαρακτηριστικά των συγκεκριμένων αστέρων που δημιουργούν επίσης καμπύλες σε συνάρτηση του χρόνου, όπως π.χ. ο δείκτης χρωματισμού, η ακτινική ταχύτητα, ο φασματικός τύπος κ.ά.
Συνεπώς για την πλήρη μελέτη κάθε μεταβλητού αστέρα θα πρέπει εκτός της καμπύλης φωτός να προσδιοριστούν και οι καμπύλες των παραπάνω χαρακτηριστικών που επίσης μεταβάλλονται.

Ο πρώτος μεταβλητός αστέρας παρατηρήθηκε το 1638 από τον Γιόχανς Χολβάρντα (Johannes Holwarda) και ήταν ο Omicron (o) του Κήτους, που αργότερα ονομάστηκε Mira (= θαυμάσιος), ταλαντωνόταν σε έναν περιοδικό κύκλο 11 μηνών. Η ανακάλυψη αυτή έγινε σε συνδυασμό με έναν υπερκαινοφανή που είχε παρατηρηθεί το 1572 και το 1604. Ο δεύτερος μεταβλητός αστέρας παρατηρήθηκε το 1669 από τον Geminiano Montanari και ήταν ο μεταβλητός Αλγκόλ (ο β Περσέως). Έτσι ο αιώνας αυτός χαρακτηρίστηκε αστρονομική επανάσταση από την ένταση που ελάμβανε πλέον η αστρονομική παρατήρηση. Το 1784 δόθηκε η σωστή ερμηνεία του φαινομένου της μεταβλητότητας. Και ενώ μέχρι το 1786 είχαν παρατηρηθεί δέκα μεταβλητοί αστέρες, το 1850 ο αριθμός τους είχε πολλαπλασιαστεί. Ειδικότερα μετά την ανακάλυψη της φωτογραφίας, το 1890, η αύξηση αυτών ήταν ραγδαία. Το 1960 αριθμούσαν 15.504 μεταβλητοί αστέρες ενώ το 2008 (σύμφωνα με τον τελευταίο σχετικό κατάλογο) έφθασαν τους 46.000 μόνο στο γαλαξία μας και περίπου 10.000 σε άλλους γαλαξίες.

Συστηματικές έρευνες - παρατηρήσεις για την ανακάλυψη νέων μεταβλητών αστέρων διεξάγονται σήμερα από ένα τεράστιο δίκτυο αστεροσκοπείων που κατανέμονται σε διάφορα σημεία της επιφάνειας της Γης. Απ΄ τη στιγμή που υπάρξουν κάποιες ενδείξεις ότι η λαμπρότητα κάποιου αστέρα μεταβάλλεται εγγράφεται στον διεθνή "κατάλογο υπόπτων δια μεταβλητότητα αστέρων". Όταν εκ των συνεχιζόμενων παρατηρήσεων διαπιστωθεί κατά τρόπο αναμφισβήτητο ότι ο συγκεκριμένος παρατηρούμενος αστέρας είναι μεταβλητός εγγράφεται στο "Γενικό κατάλογο μεταβλητών αστέρων".

Ταξινόμηση των μεταβλητών αστέρων

Οι μεταβλητοί αστέρες ταξινομούνται σε τρεις κύριες κατηγορίες αναλόγως των αιτιών που προκαλούν τη μεταβλητότητά τους:

1. Τους Παλλόμενους μεταβλητούς (pulsating variables),
2. Τους Εκρηκτικά μεταβλητούς (eruptive variables),
3. Τους μεταβλητούς λόγω Εκλείψεων (eclipsing variables)

Ως γνήσιοι μεταβλητοί αστέρες θεωρούνται μόνο οι αστέρες των δύο πρώτων κατηγοριών, επειδή οι μεταβολές της λαμπρότητας τους οφείλονται σε εσωγενή αίτια (intrinsic variables). Αντιθέτως, οι αστέρες της τρίτης κατηγορίας οφείλουν τη μεταβλητότητά τους σε εξωτερικούς παράγοντες (extrinsic variables).
Ειδικότερα, οι μεταβλητοί εξ εκλείψεων είναι συνήθως στενά διπλοί αστέρες, με σταθερή λαμπρότητα. Καθώς όμως περιφέρονται γύρω από το κέντρο του συστήματός τους, συμβαίνουν εκλείψεις, εκατέρου προς τον έτερο με συνέπεια η ολική λαμπρότης του συστήματος αυτών να παρουσιάζει μεταβολές.

Οι μεταβλητοί αστέρες μορφολογικά διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: Τους περιοδικά μεταβλητούς και τους μη περιοδικά μεταβλητούς. Αυτές οι κατηγορίες με τη σειρά τους διαιρούνται στις ακόλουθες υποκατηγορίες:

1. Περιοδικά μεταβλητά αστέρια

• Μεταβλητοί δι' εκλείψεων.
• Μεταβλητοί μικρής περιόδου.
• Μεταβλητοί μεγάλης περιόδου.

1. Μη περιοδικά μεταβλητοί αστέρες

• Ανώμαλα μεταβλητοί.
• Καινοφανείς μεταβλητοί (Novae) και υπερκαινοφανείς (Supernovae).

Η φύση των μεταβλητών αστέρων

Οι περισσότεροι μεταβλητοί αστέρες -στο διάγραμμα H-R- βρίσκονται εκτός της Κύριας Ακολουθίας. Αυτό σημαίνει ότι τ'αστέρια, περνώντας το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους πάνω στην Κύρια Ακολουθία, διατηρούν μια σταθερή φωτεινότητα. Αντίθετα, όταν εγκαταλείπουν την ασφάλεια αυτής της περιοχής, ή πριν φθάσουν σ'αυτήν, η φωτεινότητα τους παρουσιάζει σημαντικές διακυμάνσεις.

Πιο συγκεκριμένα:

1. Κατά τις πρώτες περιόδους της ζωής ενός αστέρα, όταν ως πρωτοαστέρας συστέλλεται στην προσπάθειά του να μετατραπεί σε πραγματικό αστέρι, συμβαίνουν σημαντικές αυξομειώσεις της φωτεινότητας του. Τότε ο πρωτοαστέρας εμφανίζεται σαν εκρηκτικά μεταβλητός,
2. Όταν ο αστέρας εγκαταλείπει την Κύρια Ακολουθία και κινείται προς την περιοχή των ερυθρών γιγάντων, αναπτύσσει εκτεταμένη ατμόσφαιρα. Η ατμόσφαιρα αυτή-κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις-αρχίζει να πάλλεται και ο αστέρας μεταβάλλεται σε παλλόμενο μεταβλητό.
3. Καθώς ο αστέρας συνεχίζει να κινείται προς τα δεξιά του διαγράμματος H-R, στην περιοχή των γιγάντων, η ατμόσφαιρα του εκτείνεται όλο και περισσότερο, ενώ συγχρόνως γίνεται αραιότερη. Η επιφανειακή θερμοκρασία του όμως διαρκώς μειώνεται, ευνοώντας τη δημιουργία τοπικών συμπυκνώσεων (σταγονίδια ή κόκκοι) μέσα στην ατμόσφαιρα του. Οι συμπυκνώσεις αυτές επηρεάζουν την εκπεμπόμενη από τον αστέρα ακτινοβολία, ενώ ταυτόχρονα η παλμική κίνηση της ατμόσφαιρας του γίνεται όλο και πιο άρρυθμη. Έτσι η περιοδικότητα της μεταβλητότητας του άστρου γίνεται συν τω χρόνω ανώμαλη (ημιπεριοδικοί και ανώμαλοι μεταβλητοί).
4. Όταν η ατμόσφαιρα του αστεριού απομακρυνθεί τόσο πολύ απ' αυτό ώστε να εκφεύγει προς το διάστημα, τότε γίνεται ορατό το θερμό σώμα του άστρου, που συγκροτείται από εκφυλισμένη ύλη. Ο αστέρας εκείνη τη στιγμή, από το δεξιότερο μέρος του κλάδου των γιγάντων, οδεύει απότομα προς το κάτω αριστερό μέρος διαγράμματος H-R, μεταβαλλόμενος σε λευκό νάνο. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι ο αστέρας πριν μεταβληθεί σε λευκό νάνο έχει τη δυνατότητα, κάτω βέβαια από ορισμένες προϋποθέσεις, να υποστεί μία βίαιη έκρηξη και έτσι να μεταβληθεί σε ένα καινοφανή αστέρα (nova).

Σημειώσεις

Σημειώνεται πάντως ότι κατά την πάροδο πολύ μεγάλων χρονικών διαστημάτων τελικά οι μεταβλητοί αστέρες εξελισσόμενοι μεταβάλλουν τη λαμπρότητα, το απόλυτο μέγεθος και τα φασματικά τους χαρακτηριστικά, έτσι ώστε να παύουν από κάποια στιγμή και μετά να είναι μεταβλητοί. Με άλλα λόγια, η περίοδος της μεταβλητότητας είναι μόνο μία φάση της ζωής ενός αστεριού. (Μεταβολές λαμπρότητας δεν θεωρούνται λόγω της γήινης ατμόσφαιρας ή άλλων παρόμοιων παραγόντων.)

Δείτε επίσης

• Αστέρας εκλάμψεων