Planeta de diamant

Presa a fost plină în ultimele zile de o știre senzațioală: astronomii ar fi găsit o planetă de diamant! Să vedem însă cum stau lucrurile în realitate.

O echipă de astronomi de la Universitatea Tehnică Swinburne din Australia, condusă de profesorul Mayyhew Bailes, studia un pulsar. Pulsarii sunt obiecte cosmice extrem de interesante, rămășițele unor stele masive care au murit, devenind supernove (explozii extrem de puternice, la scară cosmică). Pulsarii conțin de obicei mase de 1.3 ori mai mari decât masa soarelui nostru (de ordinul 1030 kilograme) aglomerată într-o sferă cu o rază de doar câțiva zeci de kilometri. În aceste condiții densitatea materiei  este atât de mare încât atomii nu pot exista, electronii fuzionează cu protonii din nucleu și formează neutroni. Astfel, această rămășiță ale unei stele moarte este numită o stea neutronică.

Multe stele neutronice au un câmp magnetic extrem de puternic, cauzat de electroni sau de alte particule din spațiu care se învârt în jurul acestor stele la viteze foarte mari, apropiate de viteza luminii, proces ce creează lumină și alte tipuri de radiații. Deoarece steaua se rotește, polii magnetului se învârt și ei. De fiecare dată când un pol magnetic este îndreptat spre Pământ, noi putem observa un flash, un puls de lumină. Stelele neutronice sunt văzute doar ca niște pulsuri de lumină și de aceea mai sunt numite și pulsari.

Dacă ați văzut vreodată un patinator executând un program artistic, ați observat probabil că viteza sa de rotație în jurul propriei axe scade dacă își depărtează mâinile de corp (la fel, viteza scade dacă în timpul rotației își apropie mâinile de corp). Este un fenomen numit conservarea momentului cinetic, dar nu vom intra acum în detalii. La fel se întâmplă însă și cu o stea neutronică de un diametru mai mic: viteza sa de rotație va fi mai mare decât al unei stele cu o rază mai mare. Stelele neutronice nou-născute se rotesc de câteva ori pe secundă. Pulsarul din Nebuloasa Crabului (rămășițele unei stele a cărei explozie a fost observată în 1054) se rotește de 30 de ori pe secundă. În timp, câmpul magnetic al pulsarului interacționează cu gazele din spațiu (hidrogen, heliu) și astfel viteza de rotație scade. Această scădere a putut fi pusă în evidență în cazul pulsarului din Nebuloasa Crabului, dar sunt pulsari care își micșorează viteza într-un ritm mult mai alert.

Există unii pulsari vechi care, în mod ciudat, deși ar trebui să se rotească foarte încet, ei execută câteva sute de rotații pe secundă în jurul propriei axe! Acest lucru se întâmplă din cauza faptului  că aceștia au stele însoțitoare. Dacă sunt suficient de masive, aceste stele vor ajunge să interacționeze gravitațional cu pulsarul din apropiere, care va consuma părți din stea. Pulsarul va forma un așa numit disc de acreție în jurul său care va contribui la mărirea vitezei sale de rotație prin transferarea momentului cinetic. În cele din urmă, pulsarul va consuma aproape toată masa stelei, acesta transformându-se va într-o pitică albă.

De fiecare dată când se observă un pulsar care are o astfel de viteză de rotație de câteva sute de ori pe secundă, se caută și companionul care de obicei este deja o pitică albă. Deși au masă și rază relativ mică și se rotesc pe o orbită în jurul pulsarului, stelele companion influențează gravitațional pulsarul, care nu va rămâne staționar. De fapt, atât pulsarul cât și companionul se învârt în jurul centrului de masă al acelui sistem, care este mult mai apropiat de pulsar dar cu toate acestea, mișcarea lui poate fi pusă în evidență. Observat de pe Pământ, un astfel pulsar  va apare uneori mai aproape, alteori mai departe de noi. Când este mai aproape, lumina de el ajunge mai repede pe Pământ decât când este mai departe și pentru că mișcarea pulsarului pe orbită este extrem de precisă, se poate calcula destul de ușor parametrii orbitei sistemului pulsar – companion.

Revenind la descoperirea făcută de grupul profesorului Bailes, acesta studia un astfel de pulsar și căutau steaua companion pentru a explica viteza mare de rotație a acestuia. Și au găsit-o, însă surpriza a fost că această stea nu este mai mare decât planeta Jupiter și orbita sa în jurul pulsarului nu este mai mare decât diametrul Soarelui.

Reprezentarea grafică a sistemului descoperit de echipa profesorului Bailes: în centru este pulsarul, pe orbită în jurul său, punctul portocaliu, este pitica albă cu diametrul comparabil cu cel al lui Jupiter iar cercul galben este diametrul Soarelui (reprezentat în schiță pentru pentru comparație)

Dacă un companion este atât de aproape de un pulsar, acesta va pierde de obicei materie, datorită atracției gravitaționale exercitate de pulsar. Dacă însă masa companionului este suficient de mică, gravitația acestuia ar putea fi suficient de puternică încât să facă față pulsarului și să își păstreze masa. Este un echilibru extrem de fragil, motiv pentru care astfel de sistem ca cel descoperit mai sus sunt desul de rare. Din moment ce nu a fost detectat un trasfer de masă, ceretătorii au ajuns la concluzia că acest companion trebuie să fie destul de mic. Masa acestuia este chivalentă cu masa lui Jupiter, dar cu siguranță că diametrul său este mult mai mic, altfel nu ar supraviețui apropierii de pulsar. Pentru a-i rezista, companionul ar trebui să aibe un diametru de maxim 80000 kilometri. Având masa lui Jupiter, densitate sa va fi de două ori mai mare decât densitatea plumbului, chiar mai dens decât platina. Vorbim aici despre densitatea minimă, în realitate ea poate fi mult mai mare.

Acesta este motivul pentru care mulți au desemnat acest companion drept o planetă. Are masa lui Jupiter, un diametru de 80 000 km și o densitate mai mare decât cele mai dense metale de pe Pământ. Pentru că pulsarul se rotește de câteva sute de ori pe secundă, acesta a fost alimentat cu materie în trecut, deci companionul a fost cândva mult mai mare decât o planetă. Companionul a fost cândva o stea.

Cele mai multe stele companion muribunde ajung pitice albe.  Acestea sunt foarte dense (imaginați-vă întregul Soare redus la dimensiunile Pământului)  și sunt compoziția lor este alcătuită fie din heliu, fie din carbon. Piticele albe din carbon sunt cele mai des întâlnite, dar acestea au mase care pornesc de la jumătate din masa Soarelui, nicidecum așa de mici precum masa lui Jupiter. Considerând că aproape întreaga masă inițială a stelei a ajuns în pulsar, steaua rămânând așa cum o vedem astăzi, de dimensiunile lui Jupiter, ea ar trebui să aibă o densitate de 40000 ori mai mare decât plumbul, iar concluzia specialiștilor este că cel mai probabil acest companion este format din carbon. Din moment ce nu putem studia acest companion în mod direct pentru a-i detecta structura, va trebui să continuăm să raționăm doar pe supoziții.

Să vedem cum ar arăta o pitică albă compusă din carbon cu densitatea de 40000 de ori mai mare decât plumbul.

Când se formează o pitică albă, acesta este extrem de fierbinte, vorbim aici de sute de milioane de grade. În timp, temperatura va scădea și de obicei cele mai puțin masie pitice albe  se vor răci mai repede. Astfel, o pitică albă de masa lui Jupiter, de aproximativ 500 de ori mai mică decât o pitică albă normală, se va răci relativ rapid (în termeni astronomici). Pe măsură ce se răcește, pitica albă începe să se cristalizeze (imaginați-vă că îngheață). Pe Pământ, una din forme cristaline ale carbonului este diamantul, motiv pentru care știrea ce a ajuns în presă a fost că astronomii au descoperit o planetă de diamant.

Piticile albe cristalizate sunt de sute de mii de ori mai dense decât diamantul și structura atomică este de asemenea extrem de diferită. Așadar, nu aveam de-a face cu diamantul pe care îl cunoaștem de pe Pământ. Un inel cu o piatră dintr-o astfel de pitică albă ar cântări câteva sute de kilograme, cam dificl de purtat pe deget.

În plus, nu putem vorbi de o planetă în acest caz. Este vorba despre rămășiele unei stele care acum a ajuns la dimensiunile lui Jupiter, dar acest lucru este foarte departe de definiția unei planete. Să ne uităm doar în grădina noastră, în sistemul solar, și să nu uităm că Pluto a fost în 2006 retrogradată de la rangul de planetă. Atunci, Uniunea Internațională a Astronomilor a decis că pentru a fi numit o planetă un corp trebuie să îndeplinească următoarele criterii:

  • să fie pe orbita unei stele
  • să aibe suficientă masă pentru ca gravitația proprie să-i dea o formă rotundă
  • să își curețe orbita, să nu o împartă cu alte corpuri

Pluto nu îndeplinește al treilea criteriu, pitica albă de care vorbeam anterior nu îndeplinește primul criteriu: nu se află pe orbita unei stele, se află pe orbita unui pulsar, ba mai mult, pitica însăși a fost cândva o stea.

Așadar, deși descoperirea este extrem de interesantă, nu se poate spune că este vorba despre descoperirea unei planete de diamant; nu aveam de-a face cu o planetă și nu orice carbon cristalizat este diamant.

Traducerea și adaptarea după Professor Astronomy Blog.

3 Comments

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *