Αστέρας του βαν Μάανεν

Ιστορία παρατηρήσεων

Ενώ αναζητούσε έναν συνοδό αστέρα τού μεγάλης ιδίας κινήσεως αστέρα Λαλάντ 1299 το 1917, ο Αντριάν Βαν Μάανεν ανεκάλυψε έναν αστέρα με ακόμη μεγαλύτερη ιδία κίνηση, λίγα λεπτά της μοίρας προς τα βορειοανατολικά. Η εκτίμησή του για την ιδία κίνηση του τελευταίου ήταν 3 δευτερόλεπτα της μοίρας. Ο αστέρας είχε παλαιότερα καταγραφεί σε μία φωτογραφική πλάκα που είχε ληφθεί στις 11 Νοεμβρίου 1896 για το μεγάλο πρόγραμμα του Carte du Ciel από το Αστεροσκοπείο της Τουλούζης. Η αρχική φασματική ταξινόμησή του ήταν ως F0.
Το 1918 ο Αμερικανός αστρονόμος Φρέντερικ Σηαρς μέτρησε το οπτικό μέγεθος του αστέρα σε 12,34, αλλά η απόστασή του από τη Γη παρέμενε άγνωστη. Δύο χρόνια αργότερα, ο βαν Μάανεν δημοσίευσε μία εκτίμηση για την παράλλαξη του αστέρα: 0,246 του δευτερολέπτου της μοίρας, κάτι που του έδινε απολύτο μέγεθος +14,8. Αν αυτό ήταν σωστό, επρόκειτο για τον λιγότερο λαμπρό αστέρα τύπου F που ήταν γνωστός τότε. Το 1923 ο αστρονόμος Βίλεμ Γιάκομπ Λούυτεν δημοσίευσε μία μελέτη του για αστέρες με μεγάλες ίδιες κινήσεις, στην οποία ταξινόμησε αυτόν που απεκάλεσε «Αστέρα του βαν Μάανεν» ως ένα από τους μόνο τρεις γνωστούς λευκούς νάνους, έναν όρο που επίσης εισήγαγε ο ίδιος. Αυτοί οι αστέρες είχαν ασυνήθιστα μικρή πραγματική λαμπρότητα για τη φασματική τάξη τους, κάτι που τους τοποθετούσε πολύ κάτω από την Κύρια ακολουθία στο Διάγραμμα Χέρτζσπρουνγκ-Ράσελ.
Η πολύ μεγάλη πυκνότητα των λευκών νάνων φανερώθηκε το 1925, όταν ο Γουόλτερ Σύντνεϋ Άνταμς μέτρησε τη βαρυτική μετάθεση προς το ερυθρό του Σειρίου B. Το επόμενο έτος ο αστροφυσικός Ραλφ Φόουλερ εφάρμοσε τη νέα θεωρία της κβαντομηχανικής για να δείξει ότι αυτοι οι αστέρες διασώζονται από την παραπέρα βαρυτική κατάρρευση από την πίεση των εκφυλισμένων ηλεκτρονίων. Ο Βρετανός αστροφυσικός Λέων Μέστελ απέδειξε το 1952 ότι η ενέργεια που εκπέμπει ένας λευκός νάνος προέρχεται από την ψύξη του, καθώς δεν λαβαίνουν πλέον χώρα πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό του, και υπολόγισε την εσωτερική θερμοκρασία του Αστέρα του βαν Μάανεν σε 6 εκατομμύρια βαθμούς K, ενώ εκτίμησε και την ηλικία του ως 10¹¹/A έτη, όπου A το μέσο ατομικό βάρος των πυρήνων που τον αποτελούν.
Το 2016 ανακαλύφθηκε ότι σε μία φασματογραφική πλάκα του αστέρα που είχε ληφθεί το 1917, υπάρχουν ενδείξεις πλανητικού υλικού, οπότε η πλάκα αυτή αποτελεί το αρχαιότερο τεκμήριο για την ύπαρξη τέτοιου υλικού έξω από το Ηλιακό Σύστημα. Δεν έχει ανιχνευθεί εξωηλιακός πλανήτης γύρω από τον αστέρα, αλλά η πλάκα αποκαλύπτει την ύπαρξη ενός περιαστρικού δακτυλίου συντριμμάτων. Τέτοιες δομές έχουν συνδεθεί σε άλλες περιπτώσεις με πλανήτες.

Χαρακτηριστικά

Ο Αστέρας του βαν Μάανεν (Van Maanen 2) φαίνεται από τη Γη να βρίσκεται στον αστερισμό Ιχθύες, περίπου 2° νότια του αστέρα δ Ιχθύων. Η ιδία κίνηση του λευκού νάνου έχει προσδιορισθεί σήμερα ως 2,978 δευτερολέπτων της μοίρας ανά έτος, με γωνία θέσης 155,54°.
Ο αστέρας είναι υπερβολικά αμυδρός για να γίνει ορατός με γυμνό μάτι. Η μάζα του εκτιμάται στα δύο τρίτα περίπου (68%) της ηλιακής, αλλά έχει περίπου τις διαστάσεις της Γης (μόλις το 1,1% περίπου της διαμέτρου του Ήλιου). Η ένταση (επιτάχυνση) της βαρύτητας στην επιφάνειά του είναι 147.400 φορές μεγαλύτερη από αυτή στην επιφάνεια της Γης. Το απόλυτο μέγεθός του είναι +14,23 ± 0,05, δηλαδή η πραγματική του λαμπρότητα είναι 5.880 φορές μικρότερη από αυτή του Ήλιου. Η εξωτερική του ατμόσφαιρα έχει θερμοκρασία 6.220 K, σχετικώς μικρή για λευκό νάνο. Επομένως το χρώμα του είναι στην πραγματικότητα όχι απόλυτα λευκό, αλλά υποκίτρινο, με δείκτη χρώματος B−V = 0,546. Επειδή όλοι οι λευκοί νάνοι ακτινοβολούν ψυχόμενοι, αυτή η θερμοκρασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εκτιμηθεί η ηλικία του, που πιστεύεται ότι ανέρχεται στα 3,13 δισεκατομμύρια έτη περίπου.
Ο αστέρας του οποίου ο Van Maanen 2 αποτελεί το πτώμα, εκτιμάται ότι είχε μάζα 2,6 ηλιακές μάζες και ότι παρέμεινε στην Κύρια ακολουθία επί 900 εκατομμύρια χρόνια περίπου. Αυτό δίνει στον Αστέρα του βαν Μάανεν μία συνολική ηλικία περίπου 4,1 δισεκατομμύρια έτη. Κάποτε πέρασε από το στάδιο του ερυθρού γίγαντα, οπότε πιθανώς έφθασε να έχει μέγιστη διάμετρο 650 φορές μεγαλύτερη από αυτή του σημερινού Ήλιου, δηλαδή ακτίνα περίπου 3 Αστρονομικές μονάδες. Τυχόν πλανήτες μέσα σε αυτή την ακτίνα θα περιφέρονταν τότε μέσα στο αραιό εσωτερικό του.
Ο φασματικός τύπος του αστέρα είναι DZ8, όπου το «Z» υποδεικνύει την παρουσία στοιχείων της ύλης βαρύτερων του ηλίου (He). Πράγματι, ο Αστέρας του βαν Μάανεν θεωρείται το πρότυπο των λευκών νάνων αυτού του τύπου. Με βάση τη θεωρία, τα βαρύτερα του He στοιχεία θα έπρεπε να είχαν βυθιστεί κάτω από την επιφάνεια του αστέρα εξαιτίας της τρομακτικής βαρύτητας, αφήνοντας μόνο το υδρογόνο και το He να είναι ορατά στο φάσμα. Επομένως, το ότι φαίνονται και βαρύτερα στοιχεία υποδηλώνει την τροφοδότηση από μία εξωτερική πηγή. Είναι απίθανο τα στοιχεία αυτά να προήλθαν από το διαστρικό μέσο. Μάλλον η επιφάνεια του λευκού νάνου «επιμολύνθηκε» από περιαστρικό υλικό, όπως μπορεί να ήταν τα υπολείμματα ενός βραχώδους πλανήτη, παρόμοιου σε σύσταση με τη Γη.
Η συνολική μάζα των βαρύτερων του He στοιχείων στην ατμόσφαιρα του αστέρα εκτιμάται στα 10¹⁸ kgr, περίπου 75 χιλιάδες φορές μικρότερη της μάζας της Σελήνης. Μέσα σε λίγα εκατομμύρια χρόνια αυτά τα υλικά θα βυθιστούν βαθύτερα, κάτι που σημαίνει ότι αναπληρώνονται συνέχεια με ρυθμό 10 τόνων ανά δευτερόλεπτο, π.χ. από την πτώση σωμάτων μεγάλων όσο μεγάλοι αστεροειδείς (της τάξεως των 100 χιλιομέτρων σε διάμετρο) πάνω στον αστέρα.
Ο Αστέρας του βαν Μάανεν απομακρύνεται γρήγορα από το Ηλιακό μας Σύστημα, καθώς η ακτινική του ταχύτητα ανέρχεται σε 263 ± 5 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Με βάση την πραγματική του ταχύτητα στον χώρο, είχε περάσει σε μία ελάχιστη απόσταση από εμάς πριν από 15.070 χρόνια περίπου, οπότε και απείχε από τη Γη μόλις 3,1 έτη φωτός.