O pulsacjach
Słuchaliście kiedyś Reoguckiego/Comy, "Piosenka pisana nocą"?
Jeszcze raz mógłbym zmienić kształt
rozpiąć skrzydła i frunąć nie zważając na strach
jeszcze raz, przecież sposób znam
tylko nie mam już siły
tylko nie wiem jak...
Większość gwiazd u schyłku swego życia zaczyna nucić tę pieśń. Pieśń pulsacji. Pieśń przepotężnego, nieustępującego głodu. Głodu wodoru. Astronomowie badający gwiazdy okryli, że na tym etapie swego życia gromadzą się one w jednym miejscu. To pas niestabilności (Instability Strip). Trochę jak ostatni przystanek, na ślepym meandrze głównej rzeki.
Bardzo mało wiemy o tym, jak wygląda proces dogorywania gwiazdy. Zadziwiająco niewiele. Jedną z przyczyn zmian jasności gwiazd są procesy, które zachodzą w samej gwieździe, pulsacje. Gdy wyczerpie się pokarm gwiazdy, wodór, zostaje zachwiana równowaga pomiędzy siłą grawitacji, a wewnętrznym ciśnieniem gwiazdy. Reaktor we wnętrzu gwiazdy zostaje zmuszony do fuzji coraz cięższych pierwiastków. Z głodu zaczyna karmić się helem, węglem, tlenem, a nawet krzemem. Jednak nie jest to takie proste, nie pozostaje to bez wpływu na kondycje gwiazdy. Fuzja kolejnych pierwiastków wymaga różnych temperatur, produkuje różną ilość energii broniącej zmęczoną gwiazdę przed grawitacyjną zapaścią jej zewnętrznych warstw.
Jądra gwiazd z braku pokarmu kurczą się i rozgrzewają coraz bardziej, w tym samym czasie zewnętrzne obszary pęcznieją do ogromnych rozmiarów. W napuchniętych koronach powstają bardzo duże różnice temperatur. Przesuwają się w głąb i tworzą warstwy częściowej jonizacji, zakłócające i destabilizujące przepływ energii z jądra gwiazdy.
Warstwy jonizacji są we wszystkich gwiazdach, jednak w tych sytych w wodór, występują one bardzo głęboko lub bardzo płytko, nie wywołując skurczów i spazmów całej gwiazdy. W napuchniętych z wodorowego głodu gwiazdach te „nieprzeźroczyste” strefy są w miejscach, które wprawiają w wahadłowy rezonans całą gwiazdę.
Te niebezpieczne rejony to strefy gdzie promieniowanie z jądra, zamiast spokojnie wydostać się na zewnątrz, "wdaje się w dyskusje", wybija elektrony atomom - jonizuje. Jednak warstwy te są jednocześnie zbyt chłodne, aby uwolnione elektrony utrzymać stabilnie z dala od atomów. Powybijane elektrony podnoszą ciśnienie rozpychając całą warstwę jonizacyjną. Po jakimś czasie rozrzedzona i rozepchnięta warstwa już nie zatrzymuje promieniowania. Nie ma już atomów do jonizowania. Promieniowanie z rozpalonego ciągle jądra może wydostać się na zewnątrz. Rozrzedzona warstwa stygnie. Elektrony znowu mogą połączyć się z atomami. Spada ciśnienie, a grawitacja bierze górę. Wszystko ściska się i zapada ku jądru. Następuje spazm rozpalający gwiazdę na kilka chwil jej dawnym blaskiem. Ale droga dla promieniowania z wnętrza gwiazdy znowu została zamknięta. Ponownie zaczyna się pracowite wybijanie elektronów atomom i powolne podnoszenie ciśnienia. Cykl się powtarza.
Ta diagnoza jest dla warstwy częściowej jonizacji wodoru. Cierpią na tę przypadłość stare, chłodne, czerwone olbrzymy takie jak gwiazdy RR. Nie zawsze ta gigantyczna czkawka miota całą gwiazdą. Nie zawsze cała gwiazda kurczy się i rozkurcza, zachowując swój kulisty kształt. Może się zdarzyć, że niektóre obszary umęczonej gwiazdy właśnie kurczą się, podczas gdy inne rejony puchną pompowane uwiezionym promieniowaniem. Na powierzchni gwiazdy pojawiają się fale i doliny. Czasami tak ogromne, że wydaje się ze całą gwiazdę rozciąga i skręca niewidoczna ręka demona. Czasami też gwiazda ma tak ogromną i chłodną koronę, że nawet te ogromne skurcze nie docierają bezpośrednio na powierzchnię. Drażnią jedynie najbardziej zewnętrzne rejony wywołując niespokojne, stłumione dreszcze na jej powierzchni.
Ale nie tylko stare gwiazdy mogą cierpieć. Na przykład wśród cefeid są również gwiazdy młode. Cefeidy to ogromne piece spalające niesamowite ilości wodoru. Spalają go tak dużo, że istnieją w nich warstwy częściowej jonizacji tyle, że helu. Jaka jest różnica? W tych ogromnych gwiazdach są warstwy złożone z helu, gdzie temperatura utrzymuje się w okolicach 50 tysięcy stopni Kelvina. Hel pojawił się tam jako produkt fuzji podstawowego pokarmu wszystkich gwiazd, wodoru. Część atomów helu ciągle posiada ostatni elektron. Gdy temperatura nieznacznie wzrośnie, promieniowanie próbujące się wydostać z wnętrza olbrzyma, zaczyna wybijać atomom helu ich elektrony. Sytuacja staje się analogiczna. Rośnie ciśnienie, warstwa rozpycha się, zaczyna przepuszczać promieniowanie, stygnie i zapada z powrotem odcinając „szlak” promieniowania. Dodatkowo, występują tu całe złożone systemy odbić i rezonansów.
Niektóre gwiazdy mają w swych czeluściach również podobne warstwy jonizacyjne jeszcze cięższych pierwiastków, dla których niestabilność może się pojawić w różnych temperaturach, nawet dochodzących do 200 tysięcy stopni w skali Kelvina.
Kłopoty żołądkowe mogą też dotknąć gwiazdy, które nie tylko cierpią głód, ale i te które które przytruwały się różnego rodzaju ciężkimi metalami. Senne miry pulsują bardzo powoli. Ich promieniowanie waha się nieznacznie, ale wahania jasności są już bardzo poważne. Te chłodne olbrzymy mają atmosfery zdolne utrzymać takie związki jak tlenki tytanu lub cyrkonu. Związki te są czułe na wahania temperatury, co zmienia ilość absorbowanego przez nie promieniowania. Można powiedzieć, że skażona tlenkami „skóra” mir, staje się okresowo nieprzezroczysta. To nic dobrego dla gwiazdy. Wywołuje analogiczne dolegliwości jak u głodujących gwiazd RR.
Opublikowany - I.2010 dla astroamator.info - seria "Jak to dawniej z gwiazdami bywało" Wszystkie grafiki zamieszczone w tym materiale sprawdzałem pod kątem dostępności do użycia bez naruszania praw autorskich - jednak po tylu latach nie jestem już w stanie podać z jakich zasobów i której uczelni zostały pożyczone :(