Spin poate spune o vârstă a stelei

Astronomii au câteva instrumente pentru a studia stelele care să le permită să-și dea seama vârste relative, cum ar fi privirea temperaturilor și luminozității lor. În general, stelele roșiatice și portocalii sunt mai vechi și mai reci, în timp ce stelele albe albăstrui sunt mai calde și mai tinere. Stele ca Soarele pot fi considerate „de vârstă mijlocie”, deoarece vârstele lor se află undeva între bătrânii lor roșii răcoroși și frații lor mai tineri. Regula generală este aceea că stelele mai calde și mult mai masive, cum sunt stelele albăstrui din această imagine, sunt susceptibile să ducă vieți mai scurte. Dar, ce indicii există pentru a le spune astronomilor cât vor dura acele vieți?

Această regiune a spațiului conține stele tinere foarte fierbinți. Cât timp trăiesc și cum mor, povestește multe despre ciclurile de viață ale stelelor din cosmos. Steaua foarte masivă R136a1 se află în această regiune formată de stele din Marele Magellanic Cloud (o galaxie vecină către Calea Lactee). NASA / ESA / STScI

Există un instrument extrem de util pe care astronomii îl pot folosi pentru a descoperi vârste de stele care se leagă direct de vârsta care are steaua. Folosește viteza de rotire a unei stele (adică cât de repede se învârte pe axa sa). După cum se dovedește, ritmurile de rotire stelare încetinesc pe măsură ce stelele îmbătrânesc. Acest fapt a intrigat o echipă de cercetare la Centrul pentru Astrofizică Harvard-Smithsonian, condus de astronomul Soren Meibom. Au decis să construiască un ceas care să poată măsura rotirile stelare și astfel să determine vârsta stelei.

De ce este important să cunoaștem vârsta unei stele?

A fi capabil să povestească vârstele stelelor este baza pentru a înțelege modul în care fenomenele astronomice care implică stele și însoțitorii lor se desfășoară în timp. Cunoașterea vârstei unei stele este importantă din multe motive care au legătură cu ratele de formare a stelelor în galaxii, precum și cu formarea planetelor. 

Conceptul artistului de un disc protoplanetar în jurul unei stele nou formate. NASA

De asemenea, este deosebit de relevant pentru căutarea unor semne de viață extraterestră în afara sistemului nostru solar. A durat mult timp pentru ca viața pe Pământ să atingă complexitatea pe care o găsim astăzi. Cu un ceas stelar precis, astronomii pot identifica stelele cu planete care sunt la fel de vechi ca Soarele nostru sau mai vechi.

Spinul unei stele spune povestea

Viteza de rotire a unei stele depinde de vârsta sa, deoarece încetinește constant cu timpul, așa cum o cotitură de sus pe o masă încetinește după câteva minute. Învârtirea unei stele depinde și de masa ei. Astronomii au descoperit că stelele mai mari și mai grele tind să se învârtă mai repede decât cele mai mici, mai ușoare. Există o relație matematică strânsă între masă, spin și vârstă. Măsurați primele două și este relativ ușor să calculați a treia.

O impresie artistă a unei stele pitice albe în orbită cu pulsar PSR J2222-0137. Poate fi cel mai tare și mai slab pitic alb identificat vreodată. Rata de rotire a acestei stele oferă astronomilor indicii în procesul de îmbătrânire. B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)

Această metodă a fost propusă pentru prima dată în 2003 de către astronomul Sydney Barnes de la Institutul de Fizică Leibniz din Germania. Se numește „girocronologie” din cuvintele grecești giroscoape (rotație), Chronos (timp / vârstă) și logos (studiu). Pentru ca vârstele de groncronologie să fie exacte și precise, astronomii trebuie să-și calibreze noile ceasuri stelare prin măsurarea perioadelor de rotire a stelelor, atât cu vârste cât și cu mase cunoscute. Meibom și colegii săi au studiat anterior un grup de stele vechi de un miliard de ani. Acest nou studiu examinează stelele din grupul vechi de 2,5 miliarde de ani cunoscut sub numele de NGC 6819, extinzând astfel în mod semnificativ intervalul de vârstă.

A măsura rotirea unei stele nu este o sarcină ușoară. Nimeni nu poate spune doar privind o stea cât de repede se transformă. Deci, astronomii caută modificări ale luminozității sale cauzate de pete întunecate pe suprafața sa - echivalentul stelar al petelor solare. Acestea fac parte din activarea normală a Soarelui și pot fi urmărite la fel cum pot vedea punctele de stele. Spre deosebire de Soarele nostru, însă, o stea îndepărtată este un punct de lumină nerezolvat. Așadar, astronomii nu pot vedea direct o petă solară traversând discul stelar. În schimb, ei urmăresc ca steaua să se întunece ușor atunci când apare o petă solară și se luminează din nou atunci când punctul solar se rotește din vedere.

Aceste schimbări sunt foarte greu de măsurat, deoarece o stea tipică se întunecă cu mult mai puțin de 1%. Și, timpul este o problemă. Pentru Soare, poate dura zile pentru ca o petă solară să treacă pe fața stelei. Același lucru este valabil și pentru stelele cu puncte de stele. Unii oameni de știință au înțeles asta folosind date de la vânătoarea planetelor NASA Kepler nave spațiale, care au oferit măsurători precise și continue ale luminozităților stelare.

O echipă a examinat mai multe stele care cântăresc între 80 și 140 la sută la fel de mult ca Soarele. Au fost capabili să măsoare învârtirile a 30 de stele cu perioade cuprinse între 4 și 23 de zile, comparativ cu perioada de rotire actuală de 26 de zile a Soarelui. Cele opt stele din NGC 6819, cele mai asemănătoare cu cele ale Soarelui, au o perioadă de rotire medie de 18,2 zile, ceea ce implică puternic faptul că perioada Soarelui a fost de aproximativ această valoare când avea 2,5 miliarde de ani (acum aproximativ 2 miliarde de ani).

Apoi, echipa a evaluat mai multe modele de computer existente care calculează rata de rotire a stelelor, pe baza masei și vârstelor lor și a stabilit care model se potrivește cel mai bine observațiilor lor.

Fapte rapide

• Rata de rotire ajută astronomii să determine informațiile despre vârsta și evoluția unei stele.
• Cercetătorii studiază continuu ratele de rotire pentru a înțelege modul în care diferite tipuri de stele se schimbă în timp.
• Soarele nostru, ca și alte stele, se învârte pe axa lui.