poniedziałek, 25 lipca 2022

Czym są gwiazdy węglowe?

La Superba - Y CVn - mała gwiazdka po lewej stronie to Słońce... 


Carlos Ciscato

 

Większość gwiazd zawiera więcej atomów tlenu niż węgla. Jeżeli ich atmosfery są dostatecznie chłodne do formowania molekuł, to ich charakterystyczne sygnatury widmowe ukazują silne pasma molekuł zawierających tlen, głównie tlenek tytanu – TiO. Jednakże pewne chłodne gwiazdy mają różne widma zdominowane przez molekuły węglowe, a to CH, CN i C2. Te cechy spektralne sygnalizują rzadki stan, w którym węgiel jest bardziej obfity niż tlen, dlatego obiekty te nazywane są gwiazdami węglowymi.

Tradycyjnie etykieta gwiazdy węglowej była zarezerwowana dla chłodnych czerwonych olbrzymów, których temperatura na powierzchni jest nieco niższa niż 4000 K. (Dla porównania, powierzchnia naszego Słońca ma około 5800 K.) Większość najchłodniejszych olbrzymów jest bogata w tlen i z powodów historycznych nazywa się je gwiazdami typu M. Te bogate w węgiel są oznaczone jako gwiazdy C. Trzecia (jeszcze rzadsza) kategoria zawiera gwiazdy S, które mają mniej więcej taką samą liczbę atomów tlenu i węgla.

Jak powstają gwiazdy węglowe? Gwiazda spędza większość swojego życia świecąc dzięki energii uwolnionej podczas fuzji czterech jąder wodoru w jedno jądro helu. Pod koniec jego życia spalanie wodoru ustaje; wewnętrzne obszary kurczą się i nagrzewają, podczas gdy zewnętrzne warstwy rozszerzają się, prezentując wszechświatowi czerwonego olbrzyma. Gdy wewnętrzny rdzeń helowy osiągnie temperaturę topnienia, zamieni hel głównie w węgiel. W rzadkich przypadkach ten świeżo wybity węgiel może zostać wydobyty na powierzchnię gwiazdy, tworząc gwiazdę węglową — żywy dowód na powstawanie pierwiastków wewnątrz gwiazd. Gwiazdy są „dowodem”, że modele ewolucji gwiazd i nukleosyntezy astronomów muszą być na dobrej drodze.

 

Moje 3 grosze

 

Co można jeszcze powiedzieć o gwiazdach węglowych? Są one gwiazdami grożącymi nam wybuchem jako Supernowe czy nawet Hipernowe!

Gwiazdy węglowe są to gwiazdy, których widmo wskazuje na dominację węgla nad tlenem. Te pierwiastki powstają na skutek fuzji helu. Są to głównie olbrzymy przy krańcu swojego życia. Węgiel oraz tlen mieszają się w wyższych warstwach atmosfery tworząc tlenki węgla i inne tego typu związki.

Gwiazdy węglowe bardzo często są to układy podwójne i posiadają towarzysza np. białego karła, który porywa część atmosfery olbrzyma.

Są to dość rzadkie gwiazdy, a ich temperatura powierzchni waha się od 2000 K - 3000 K co czyni je jedne z chłodniejszych. Najwięcej promieniowania emitują w podczerwieni i mimo, że to gwiazdy bardzo duże, mają małą jasność i ciężko je zaobserwować bez jakiegoś teleskopu. Posiadają czerwonawą, ceglastą barwę.

Oto przykłady gwiazd węglowych:

Najbardziej znaną gwiazdą węglową jest La Superba (Y Canum Venaticorum) leżąca w gwiazdozbiorze Psów Gończych.

Gwiazda posiada także gazową otoczkę o średnicy ok. 2,5 roku świetlnego, która pochodzi od gwiazdy, co oznacza, że ona bardzo szybko traci swoją masę i jest prawdopodobnie bliska tego, że odrzuci całą swoją powłokę i stworzy mgławicę planetarną.

Gwiazda także zmienia swoją jasność i waha się ona od 4,8 mag do ok. 6,3 mag w ciągu 160 dniowego cyklu.

Jest to także rzadka gwiazda, która zawierają duże ilości izotopu węgla 13C.

X Cancri jest także bardzo ciekawą gwiazdą węglową o pięknej, czerwonawej barwie. Odległa jest o ok. 1116 lat świetlnych stąd, jest jaśniejsza od słońca o 4600 razy i ma temperaturę 3300 K.

 

Gwiazdy Wolfa-Rayeta

 

Te gwiazdy są także niesamowicie rzadkie. Tym razem są to bardzo gorące gwiazdy. Temperatura ich powierzchni wynosi od 30.000 K do aż 200.000 K i bywają do 1000 razy jaśniejsze od Słońca.

Gwiazdy w swoim widmie wykazują mocne linie zjonizowanego helu, azotu oraz węgla i innych cięższych pierwiastków. Są to niesamowicie masywne gwiazdy oraz bardzo mało trwałe. Większość z nich posiadają powłokę gazową, rozszerzającą się z dużą prędkością (od 1000 do 3000 km/s).

Ponad połowa znanych gwiazd Wolfa-Rayeta występuje w układach podwójnych z gwiazdami typu O lub B.

Mimo ogromnej temperatury i składu chemicznego, na niebie nie są bardzo jasne, gdyż większość swojego światła emitują w ultrafiolecie.

Przykładem gwiazdy Wolfa-Rayeta widocznej gołym okiem jest np. Regor w konstelacji Żagla (u nas niewidoczna), który posiada towarzysza o typie widmowym O. Najmasywniejsza znana gwiazda R136a1 (niewidoczna gołym okiem) także jest gwiazdą Wolfa-Rayeta.[1]

Najbardziej niebezpieczną dla nas jest gwiazda WR 104 w Strzelcu, która może w każdej chwili wybuchnąć jako Supernowa. Jak podaje Wikipedia:

WR 104 to gwiazda podwójna znajdująca się około 8000 lat świetlnych od Ziemi, składająca się z gwiazdy Wolfa-Rayeta i gwiazdy typu OB. Znajduje się w konstelacji Strzelca. Okres orbitalny układu wynosi około 220 dni.

Obserwacje optyczne wskazywały, że oś rotacyjna układu skierowana jest w przybliżeniu w kierunku Ziemi. Może to mieć znaczenie, jeżeli WR 104 zamieni się w supernową (lub nawet hipernową) – eksplozje tego typu często są ukierunkowane właśnie w kierunku osi rotacyjnej. Możliwe jest także, że w momencie wybuchu gwiazdy powstanie rozbłysk gamma, który mógłby spowodować zniszczenie ziemskiej powłoki ozonowej i w konsekwencji całkowite lub znaczne zniszczenie życia na Ziemi. Według niektórych naukowców właśnie tego rodzaju rozbłysk gamma spowodował tzw. wymieranie ordowickie, które miało miejsce 445 milionów lat temu, pod koniec Ordowiku. Wymarło wtedy około 85% ówczesnych gatunków.

Ostatnie badania spektroskopowe wskazują jednak, że oś obrotu układu WR 104 jest nachylona pod kątem 30°-40° do kierunku do Ziemi.[2]

Oby. Taki strzał dżetem Super czy Hipernovej jest zabójczy dla każdego życia z białka węglowego. Dlatego musimy także bacznie obserwować odległą o ok. 500 – 800 ly Betelgezę czyli α Oriona, która z kolei gotuje się do eksplozji jako Supernova…