PITIC ROȘU: DESCOPERIRE, CARACTERISTICI, EVOLUȚIE, COMPOZIȚIE - ARTE - 2025

O pitică roșie este o stea mică, răcoroasă, a cărei masă este între 0,08 și 0,8 ori mai mare decât masa Soarelui. Sunt cele mai abundente și mai longevive stele din univers: până la trei sferturi din toate cele cunoscute până acum. Datorită luminozității lor scăzute, acestea nu sunt observabile cu ochiul liber, în ciuda faptului că sunt numeroase în vecinătatea Soarelui: din 30 de stele din apropiere, 20 sunt pitici roșii.

Cel mai notabil pentru apropierea de noi este Proxima Centauri, în constelația Centaur, la 4,2 ani lumină. A fost descoperit în 1915 de astronomul scoțian Robert Innes (1861-1933).

Figura 1. Piticul roșu Proxima Centauri face parte din sistemul stelelor Alpha Centauri din constelația Centauri. Sursa: ESA / Hubble & NASA prin Wikimedia Commons.

Cu toate acestea, înainte de descoperirea Proxima Centauri, telescopul astronomului francez Joseph de Lalande (1732-1802) găsise deja pitica roșie Lalande 21185, în constelația Ursa Major.

Termenul „pitic roșu” este folosit pentru a face referire la diverse clase de stele, inclusiv cele cu tipuri spectrale K și M, precum și pitici brune, stele care nu sunt chiar așa, deoarece nu au avut niciodată suficientă masă pentru a-și începe reactorul intern.

Tipurile spectrale corespund temperaturii de suprafață a stelei, iar lumina ei se descompune într-o serie de linii foarte caracteristice.

De exemplu, tipul spectral K are între 5000 și 3500 K de temperatură și corespunde stelelor galben-portocalii, în timp ce temperatura tipului M este mai mică de 3500 K și sunt stele roșii.

Soarele nostru este de tip G spectral, de culoare galbenă și are o temperatură de suprafață cuprinsă între 5000 și 6000 K. Stelele cu un anumit tip spectral au multe caracteristici în comun, cele mai determinante fiind masa. În funcție de masa unei stele, la fel va fi și evoluția acesteia.

Caracteristicile piticilor roșii

Piticile roșii au anumite caracteristici care le diferențiază. Am menționat deja unele la început:

-Mărimea mică.

-Temperatura scazuta a suprafetei.

-Viteza redusa de ardere a materialului.

-Luminositate scăzută.

Masa

Masa, după cum am spus, este principalul atribut care definește categoria la care ajunge o stea. Piticile roșii sunt atât de abundente, deoarece se formează mai multe stele cu masă mică decât stelele masive.

Dar, în mod curios, timpul necesar formării stelelor cu masă scăzută este mai lung decât pentru stelele foarte masive. Acestea cresc mult mai repede deoarece forța gravitației care compactează materia în centru este mai mare, cu atât este mai multă masă.

Știm că este necesară o anumită cantitate de masă critică pentru ca temperatura să fie adecvată, pentru a iniția reacții de fuziune. În acest fel, vedeta își începe viața de adult.

Soarele a luat zeci de milioane de ani pentru a se forma, dar o stea de 5 ori mai mare necesită mai puțin de un milion de ani, în timp ce cele mai masive pot începe să strălucească în sute de mii.

Temperatura

Temperatura suprafeței este, așa cum am menționat deja, o altă caracteristică importantă care definește piticele roșii. Ar trebui să fie mai mic de 5000K, dar nu mai puțin de 2000K, altfel este prea mișto pentru a fi o adevărată stea.

Obiectele stelare cu o temperatură sub 2000 K nu pot avea un nucleu de fuziune și sunt stele avortate, care nu au atins niciodată masa critică: piticii maro.

O analiză mai profundă a liniilor spectrale poate asigura diferența dintre pitic roșu și pitic maro. De exemplu, dovezi de litiu sugerează că este o pitică roșie, dar dacă este metan sau amoniac, este probabil o pitică brună.

Tipuri spectrale și diagrama Hertzsprung-Russell

Diagrama Hertzsprung-Russell (diagrama HR) este un grafic care arată caracteristicile și evoluția unei stele în funcție de caracteristicile sale spectrale. Aceasta include temperatura suprafeței, care după cum am spus este un factor determinant, precum și luminozitatea acesteia.

Variabilele care alcătuiesc graficul sunt luminozitatea pe axa verticală și temperatura efectivă pe axa orizontală. A fost creat independent la începutul anilor 1900 de către astronomii Ejnar Hertzsprung și Henry Russell.

Figura 2. Diagrama HR care prezintă pitici roșii în secvența principală, în colțul din dreapta jos. Sursa: Wikimedia Commons. ACEA .

În funcție de spectrul lor, stelele sunt grupate în conformitate cu clasificarea spectrală Harvard, indicând temperatura stelei în următoarea secvență de litere:

OBAFGKM

Începem cu cele mai tari stele, tip O, în timp ce cele mai reci sunt de tip M. În figură, tipurile spectrale sunt în partea de jos a graficului, pe bara de culoare albastră din stânga până la atingerea roșu în dreapta.

În cadrul fiecărui tip există variații, deoarece liniile spectrale au o intensitate diferită, atunci fiecare tip este împărțit în 10 subcategorii, notate cu numere de la 0 la 9. Cu cât numărul este mai mic, cu atât este mai fierbinte steaua. De exemplu, Soarele este tipul G2, iar Proxima Centauri este M6.

Regiunea centrală a graficului, care rulează aproximativ pe diagonală, este numită secvență principală. Majoritatea stelelor sunt acolo, dar evoluția lor îi poate determina să plece și să se plaseze în alte categorii, cum ar fi un gigant roșu sau un pitic alb. Totul depinde de masa stelei.

Viața piticilor roșii are loc întotdeauna în secvența principală și, în ceea ce privește tipul spectral, nu toți piticii din clasa M sunt pitici roșii, deși majoritatea sunt. Dar în această clasă există și stele supergigante, cum ar fi Betelgeuse și Antares (partea dreaptă sus a diagramei HR).

Evoluţie

Viața oricărei stele începe cu prăbușirea materiei interstelale datorită acțiunii gravitației. Pe măsură ce materia se aglutinează, se rotește mai repede și se rătăcește într-un disc, datorită conservării momentului unghiular. În centru se află protostarul, embrionul ca să vorbim despre steaua viitoare.

Pe măsură ce trece timpul, temperatura și densitatea cresc, până când se ajunge la o masă critică, în care reactorul de fuziune își începe activitatea. Aceasta este sursa de energie a stelei la vremea viitoare și necesită o temperatură de bază de aproximativ 8 milioane K.

Aprinderea în miez stabilizează steaua, deoarece compensează forța gravitațională, dând naștere la echilibrul hidrostatic. Aceasta necesită o masă între 0,01 și 100 de ori mai mare decât Soarele. Dacă masa este mai mare, supraîncălzirea ar provoca o catastrofă care ar distruge protostarul.

Figura 3. Într-o pitică roșie, fuziunea hidrogenului în nucleu echilibrează forța gravitației. Sursa: F. Zapata.

Odată ce reactorul de fuziune este pornit și se obține echilibrul, stelele ajung în secvența principală a diagramei HR. Piticile roșii emit energie foarte lent, astfel încât furnizarea lor de hidrogen durează mult timp. Modul în care un pitic roșu emite energie este prin mecanismul de convecție.

Conversia producătoare de energie a hidrogenului în heliu este realizată în pitici roșii de către lanțuri proton-proton, o secvență în care un ion de hidrogen fuzionează cu altul. Temperatura influențează foarte mult modul în care are loc această fuziune.

Odată epuizat hidrogenul, reactorul stelei nu mai funcționează și începe procesul de răcire lentă.

Lanț proton-proton

Această reacție este foarte frecventă la stelele care tocmai s-au alăturat secvenței principale, precum și la piticile roșii. Începe astfel:

¹ ₁ H + ¹ ₁ H → ² ₁ H + e ⁺ + ν

În cazul în care e ⁺ este un pozitron, identic în orice cu electronul, cu excepția faptului că sarcina sa este pozitivă și ν este un neutrin, o particulă ușoară și evazivă. Pentru partea sa ² ₁ H este deuteriu sau hidrogen greu.

Apoi se întâmplă:

¹ ₁ H + ² ₁ H → ³ ₂ He + γ

În cea din urmă, γ simbolizează un foton. Ambele reacții apar de două ori, rezultând în:

³ ₂ He + ³ ₂ He → ⁴ ₂ He + 2 ( ¹ ₁ H)

Cum generează steaua făcând acest lucru? Ei bine, există o ușoară diferență în masa reacțiilor, o mică pierdere de masă care este transformată în energie conform celebrei ecuații a lui Einstein:

E = mc ²

Deoarece această reacție are loc de nenumărate ori implicând un număr imens de particule, energia obținută este enormă. Dar nu este singura reacție care are loc în interiorul unei stele, deși este cea mai frecventă în piticele roșii.

Timpul de viață al unei stele

Cât timp trăiește o stea depinde și de masa ei. Ecuația următoare este o estimare a acestui timp:

T = M ^-2,5

Aici T este timpul și M este masă. Utilizarea literelor majuscule este adecvată, datorită timpului și enormității masei.

O stea ca Soarele trăiește de aproximativ 10 miliarde de ani, dar o stea de 30 de ori mai mare decât Soarele trăiește 30 de milioane de ani și o alta și mai masivă poate trăi aproximativ 2 milioane de ani. Oricum, este o eternitate pentru oameni.

Piticii roșii trăiesc mult mai mult decât atât, datorită parsimoniului cu care își cheltuiesc combustibilul nuclear. În ceea ce privește timpul pe măsură ce îl experimentăm, o pitică roșie durează pentru totdeauna, deoarece timpul necesar pentru a epuiza hidrogenul din nucleu depășește vârsta estimată a Universului.

Nu au murit încă niște pitici roșii, așa că tot ce se poate specula cu privire la cât timp trăiesc și care va fi sfârșitul lor se datorează simulărilor pe computer ale modelelor create cu informațiile pe care le avem despre ele.

Conform acestor modele, oamenii de știință prezic că atunci când o pitică roșie va rămâne fără hidrogen se va transforma într-o pitică albastră.

Nimeni nu a văzut vreodată o stea de acest fel, dar pe măsură ce hidrogenul se scurge, o pitică roșie nu se extinde într-o stea uriașă roșie, așa cum va face într-o zi Soarele nostru. Pur și simplu își mărește radioactivitatea și odată cu temperatura de suprafață, albastru.

Compoziția piticilor roșii

Compoziția stelelor este foarte similară, în mare parte sunt bile uriașe de hidrogen și heliu. Ei păstrează unele dintre elementele care au fost prezente în gazul și praful care le-au dat naștere, astfel încât conțin și urme ale elementelor pe care stelele precedente au ajutat să le creeze.

Din acest motiv, compoziția piticilor roșii este similară cu cea a Soarelui, deși liniile spectrale diferă semnificativ din cauza temperaturii. Deci, dacă o stea are linii slabe de hidrogen, nu înseamnă că îi lipsește acest element.

În piticele roșii există urme ale altor elemente mai grele, pe care astronomii le numesc „metale”.

În astronomie, această definiție nu coincide cu ceea ce este înțeles în mod obișnuit ca metal, deoarece este folosit aici pentru a face referire la orice element, cu excepția hidrogenului și heliului.

Instruire

Procesul de formare a stelelor este complex și afectat de numeroase variabile. Există multe lucruri care încă nu se cunosc despre acest proces, dar se crede că este același pentru toate stelele, așa cum este descris în segmentele anterioare.

Factorul care determină mărimea și culoarea unei stele, asociată cu temperatura acesteia, este cantitatea de materie pe care reușește să o adauge datorită forței gravitației.

O întrebare care îi îngrijorează pe astronomi și care rămâne de elucidat este faptul că piticele roșii conțin elemente mai grele decât hidrogenul, heliul și litiul.

Pe de o parte, teoria Big Bang prevede că primele stele formate trebuie să fie compuse doar din cele mai ușoare trei elemente. Cu toate acestea, elementele grele au fost detectate la pitici roșii.

Și dacă încă nu au murit pitici roșii, înseamnă că primii pitici roșii care s-au format trebuie să fie încă acolo undeva, totul alcătuit din elemente ușoare.

Apoi piticii roșii s-ar fi putut forma ulterior, deoarece este necesară prezența unor elemente grele în crearea lor. Sau că există pitici roșii de primă generație, dar fiind atât de mici și cu o luminozitate atât de scăzută, nu au fost încă descoperite.

Exemple de pitici roșii

Următorul Centauri

Se află la o distanță de 4,2 ani-lumină și are o masă echivalentă cu o a opta cea a Soarelui, dar de 40 de ori mai densă. Proxima are un câmp magnetic puternic, ceea ce îl face predispus la flacără.

Proxima are, de asemenea, cel puțin o planetă cunoscută: Proxima Centauri b, dezvăluită în 2016. Dar se crede că a fost spălată de flăcări pe care vedeta le emite frecvent, așa că este puțin probabil să adăpostească viață, cel puțin nu așa asta știm, din moment ce emisiile stelei conțin raze X.

Steaua lui Barnard

Figura 4. Comparația dimensiunilor dintre Soare, steaua lui Barnard și planeta Jupiter. Sursa: Wikimedia Commons.

Este o pitică roșie foarte strânsă, aflată la 5,9 ani lumină, a cărei caracteristică principală este viteza sa mare, de aproximativ 90 km / s în direcția Soarelui.

Este vizibil prin telescoape și ca Proxima, este, de asemenea, predispus la arsuri și eșecuri. Recent, a fost descoperită o planetă orbitând pe steaua lui Barnard.

Steaua Teegarden

Acest pitic roșu de numai 8% din masa Soarelui se află în constelația Berbecului și poate fi văzut doar cu telescoape puternice. Este printre cele mai apropiate stele, la o distanță de aproximativ 12 ani lumină.

A fost descoperită în 2002 și pe lângă faptul că are o mișcare remarcabilă proprie, se pare că are planete în așa-numita zonă locuibilă.

Lupul 359

Este o pitică roșie variabilă în constelația Leu și se află la aproape 8 ani-lumină distanță de Soarele nostru. Fiind o stea variabilă, luminozitatea sa crește periodic, deși flăcările sale nu sunt la fel de intense ca cele ale Proxima Centauri.

Referințe

1. Adams, F. pitici roșii și sfârșitul secvenței principale. Recuperat din: astroscu.unam.mx.
2. Carroll, B. O introducere în astrofizica modernă. 2a. Ediție. Pearson.
3. Cosmos. Piticii roșii. Recuperat din: astronomy.swin.edu.au.
4. Martínez, D. Evoluția stelară. Recuperat din: Google Cărți.
5. Taylor, N. Red Dwarfs: Cele mai obișnuite și cele mai longevive stele. Recuperat din: space.com.
6. Fraknoi, A. Spectrele stelelor (și piticii maro). Recuperat din: phys.libretexts.org.