Η πολυπληθέστερη και σημαντικότερη κατηγορία αστροφυσικών σχηματισμών είναι σφαιρικές δομές. Πλανήτες, αστέρια, νεφελώματα, ανήκουν σε αυτήν την κατηγορία. Οι πλανήτες είναι τα μόνα σώματα που μπορούν να φιλοξενήσουν ζωή. Τα αστέρια τροφοδοτούν με ενέργεια τους πλανήτες και -μέσω της βαρύτητας- τους κρατούν σε τροχιά γύρω τους. Οι πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό των αστεριών δημιουργούν τα χημικά στοιχεία. Σφαιρικά αέρια νεφελώματα είναι οι προγεννήτορες των αστεριών.
Μια δεύτερη κατηγορία αποτελούν τα συστήματα. Το ηλιακό σύστημα, διπλά συστήματα αστεριών, αστρικά σμήνη, γαλαξίες, σμήνη γαλαξιών, είναι παραδείγματα αυτής της κατηγορίας. Αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μελών τους είναι το κύριο χαρακτηριστικό αυτών των συστημάτων. Για παράδειγμα, μπορεί να υπάρξει μεταφορά ύλης μεταξύ των μελών ενός διπλού συστήματος αστεριών ή προσρόφηση ύλης στο κέντρο ενός γαλαξία.
Τέτοιες διαδικασίες οδηγούν στη δημιουργία της τρίτης κατηγορίας αστροφυσικών σχηματισμών, των δίσκων. Ενώ στις σφαίρες η κυρίαρχη δύναμη είναι η βαρύτητα, στους δίσκους σημαντικό ρόλο έχει και η περιστροφή μέσω της φυγόκεντρης δύναμης που δημιουργεί. Καθώς ένα νέφος λόγω βαρύτητας συρρικνώνεται για να φτιαχτεί ένα πρωτοαστέρι, η περιστροφή του αυξάνεται, όπως η περιστροφή του χορευτή στον πάγο όταν μαζεύει τα χέρια του. Οι μεγάλες περιστροφικές ταχύτητες που αναπτύσσονται επιβραδύνουν τον ρυθμό προσρόφησης επιτρέποντας τη δημιουργία πλανητών στους δίσκους γύρω από πρωτοαστέρια.
Η προσρόφηση σε δίσκους γύρω από συμπαγή αστέρια (αστέρια νετρονίων και μαύρες τρύπες), καθώς και γύρω από τις μαύρες τρύπες στα κέντρα των γαλαξιών, αποτελεί τον πιο αποδοτικό μηχανισμό απελευθέρωσης ενέργειας -πολύ αποδοτικότερο από τη θερμοπυρηνική σύντηξη στο εσωτερικό των αστεριών- και οδηγεί στα πιο ενεργητικά φαινόμενα στο σύμπαν.
Τι είναι οι πίδακες
Μια τέταρτη κατηγορία αστροφυσικών σχηματισμών αποτελούν οι πίδακες. Πρόκειται για εστιασμένες εκροές ιονισμένης ύλης από το περιβάλλον κάποιου άστρου ή κέντρο γαλαξία και εκτείνονται σε τεράστιες αποστάσεις σε σχέση με τις διαστάσεις του κεντρικού αντικειμένου. Εχουν παρατηρηθεί πολλές διαφορετικές υποκατηγορίες πιδάκων, από αστέρια που γεννιούνται, που πεθαίνουν, που έχουν πεθάνει, αλλά και από κέντρα γαλαξιών. Η μάζα των κεντρικών σωμάτων ποικίλλει από μερικές μέχρι δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες και οι διαστάσεις των πιδάκων είναι ανάλογες. Υπάρχουν περιπτώσεις γαλαξιακών πιδάκων που το μήκος τους είναι εκατό φορές μεγαλύτερο από τον γαλαξία μας, αποτελώντας έτσι τα μεγαλύτερα μεμονωμένα σώματα στο σύμπαν. Οι ταχύτητές τους ποικίλλουν από μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο μέχρι ελάχιστα μικρότερες της ταχύτητας του φωτός στους πίδακες από συμπαγή αντικείμενα, οι οποίοι αποτελούν τις πιο γρήγορες ροές ύλης στο σύμπαν. Κάποιοι από αυτούς τους ταχύτατους πίδακες αποτελούν τις μεγαλύτερες εκρήξεις στο σύμπαν, με την ενέργεια που εκλύεται να ισοδυναμεί με εξαΰλωση μάζας ίσης με δέκα χιλιάδες φορές τη γη σε μερικά μόνο δευτερόλεπτα.
Πώς σχηματίζονται
Είναι κοινά αποδεκτό ότι μαγνητικά πεδία έχουν σημαντικότατο ρόλο στη δημιουργία των πιδάκων. Τόσο η επιτάχυνση της ύλης όσο και η εστίαση και η διατήρηση του σχήματος σε μεγάλες αποστάσεις, μπορούν να εξηγηθούν με τα πεδία αυτά.
Η επικρατούσα θεωρία βασίζεται στον συνδυασμό βαρύτητας, περιστροφής και μαγνητικού πεδίου. Το κεντρικό σώμα περιβάλλεται από ένα δίσκο προσρόφησης ο οποίος μεταφέρει ύλη προς το κέντρο, απελευθερώνοντας μεγάλα ποσά ενέργειας μέσω του έργου της βαρυτικής δύναμης. Η ενέργεια αυτή, μέσω της περιστροφής του δίσκου, διοχετεύεται στο μαγνητικό πεδίο και εκλύεται από το σύστημα μαζί με ένα μικρό ποσοστό της ύλης που αρχικά κινείται στον δίσκο (οι βαρυτικές δυνάμεις σχεδόν εξουδετερώνονται από τις φυγόκεντρες, οπότε είναι δυνατόν να απομακρυνθεί ύλη παρότι βρίσκεται σε ισχυρό βαρυτικό πεδίο). Η εκρεόμενη ύλη επιταχύνεται καθώς απομακρύνεται από το κέντρο, παίρνοντας ενέργεια από το μαγνητικό πεδίο. Ετσι μπορούν να εξηγηθούν οι τεράστιες ταχύτητες που παρατηρούμε. Η ιονισμένη ροή του πίδακα έχει την ιδιότητα να κινείται μαζί με το μαγνητικό πεδίο, κάτι που την εμποδίζει να διαχυθεί, εξηγώντας το εστιασμένο σχήμα της.
Γιατί είναι σημαντικοί
Οι «πρωτιές» που προαναφέρθηκαν (ταχύτερες ροές στο σύμπαν, μεγαλύτερες εκρήξεις) δίνουν ένα εξαιρετικό ενδιαφέρον στη μελέτη των πιδάκων. Αποτελούν πειράματα της σχετικότητας του Αϊνστάιν που δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν στη γη.
Η κατανόησή τους είναι σημαντική γιατί σχετίζονται με πληθώρα διαδικασιών. Φαίνεται να σηματοδοτούν κάθε μεταβολή στο σύμπαν, όπως τη γέννηση ή τον θάνατο αστεριών, και αποτελούν ένα μέσο εκτόνωσης. Για παράδειγμα, ο ήλιος δεν θα μπορούσε να περιστρέφεται τόσο αργά όσο παρατηρούμε αν ένας πίδακας δεν είχε διώξει ενέργεια κατά τη φάση δημιουργίας του. Υπάρχουν ενδείξεις ότι ακόμα και οι αρχικές συμπυκνώσεις στα νεφελώματα, που οδηγούν στη δημιουργία αστεριών, οφείλονται σε πίδακα που τα διαταράσσει. Αλλα παραδείγματα αφορούν τις εκρήξεις υπερκαινοφανών. Η πιθανότητα να γίνει μια τέτοια έκρηξη αυξάνεται αν υπάρχει πίδακας στο περιβάλλον. Ακόμα και οι ίδιες οι εκρήξεις ίσως οφείλονται στην ύπαρξη πίδακα στο εσωτερικό του αστεριού που δημιουργείται στη φάση κατάρρευσης του πυρήνα του.
Οι πίδακες, εκτός του ότι είναι ένα εντυπωσιακό φαινόμενο, λειτουργούν σαν απαραίτητος καταλύτης σε πολλές διαδικασίες του σύμπαντος και αποτελούν την πιο «ζωηρή» κατηγορία αστροφυσικών σχηματισμών.
Ο Νεκτάριος Bλαχάκης είναι Επίκουρος καθηγητής Θεωρητικής Αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο Αθηνών.
(Από την εφημερίδα Η ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ, 24/10/2009)