Algol - diablelski związek

Czytałeś Iliadę Homera? Pamiętasz ten fragment: „Gorgony głowa, diabelski znak, zniekształcona i przerażająca, symbol niedoli / Krwawym wzrokiem błyszcząca, twarzą groźna srogą Stoi w środku Gorgona z Popłochem i Trwogą”?

O czym pisał starożytny geniusz pióra?
Spójrz w niebo i znajdź konstelację Perseusza. W niedużej odległości od znanej gromady otwartej, M34, znajdziesz drugą pod względem jasności gwiazdę tego gwiazdozbioru – to Algol, którego nazwę można przetłumaczyć z arabskiego, jako „demon”. Skąd tak groźna nazwa? Gdy obserwujemy tę gwiazdę nieuzbrojonym okiem przez jakiś czas, łatwo zobaczymy, że co kilka dni jasna, niebieskobiała plamka światła przygasa i staje się wyraźnie czerwonawa. Oglądający to zjawisko nasi przodkowie uznawali czerwono migoczące na niebie światło za zły omen. Niektórzy uważali, że to oko Hydry, które złowróżbnie spogląda w kierunku ziemian. Nie można było tej gwieździe nadać innej nazwy – to demon!

Dopiero w roku 1782, młody holenderski astronom-amator John Goodrick dowiódł, że złe przeczucia naszych praprzodków pozbawione były podstaw. Zagadka została wyjaśniona ale czy wiesz, co powoduje zmiany w jasności Algola?

W odległości około 90 lat świetlnych od Słońca znajduje się para blisko wokół siebie krążących gwiazd. I to bardzo różnych! Jedna z nich to młoda, niebieskobiała gwiazda, cięższa od Słońca około 2-3 razy. Jej towarzyszem jest czerwony olbrzym ważący mniej więcej tyle, ile pół naszego Słońca.

Szczęśliwie składa się tak, że z Ziemi widzimy obie gwiazdy z boku, dzięki czemu możemy podziwiać swoisty spektakl. W ciągu prawie trzech dni obserwujemy aż dwa zaćmienia – raz  czerwony olbrzym przesłania gorącą towarzyszkę a następnie sam zostaje przez nią przesłonięty.

Te dwie gwiazdy, to właśnie nasz znajomy Algol. Patrząc poprzez dzielącą nas od niego przestrzeń widzimy jednak tylko jedną plamkę światła. Gdy czerwony olbrzym przechodzi przed swoją towarzyszką zauważamy znaczny spadek jasności i jednocześnie poczerwienienie „gwiazdy”. Gdy olbrzym chowa się za krążącą wraz z nim gwiazdę, obserwowana przez nas jasność staje się również mniejsza.

Ot i cała tajemnica „demona” z nieba!

Jednak okazuje się, że starożytni nazywając naszą parę „demonem”, mieli trochę racji. Związek tych dwóch gwiazd, jest doprawdy demoniczny. Aby zrozumieć dlaczego tak jest, koniecznie trzeba „liznąć” trochę wiedzy...

Według aktualnie obowiązującej wiedzy astronomicznej, gwiazda na wczesnym etapie swojej ewolucji ma masę mniejszą niż taka, która znajduje się w wieku dojrzałym.

Bystry czytelnik zapewne przerwał właśnie czytanie, wrócił do początku tekstu i zadał sobie pytanie: „Chwileczkę, a kto napisał trochę wcześniej, że młoda połowa Algola jest wyraźnie cięższa od swojego starszego towarzysza?” Jeśli tak właśnie pomyślałeś, drogi Czytelniku, to gratuluję – jesteś spostrzegawczy. Jednak muszę wyjaśnić, że nie popełniłem pomyłki. Właśnie masz okazję poznać „paradoks Algola”, który polega na tym, że masa gwiazdy na późniejszym etapie ewolucji jest niższa, niż towarzyszącej jej, młodszej gwiazdy. Pewnie rodzi się w Twojej głowie podejrzenie – czy naukowcy nie określili nazwą „paradoks” jakiejś swojej pomyłki? Czy taki paradoks może dowodzić, że teoria jest zła?
Otóż nie; przyczyną zamieszania z masami gwiazd w układzie Algola jest... sam układ! Zmiana nastąpiła dlatego, że gwiazdy te nie są kosmicznymi samotnikami a pędzącą przez pustkę Wszechświata, i wokół siebie, parą. Parą bardzo sobie bliską i, tym samym, dość mocno na siebie oddziaływującą. Oddziaływanie jest zabójcze – jedna z gwiazd pożera drugą! Dosłownie!

Aby zrozumieć, skąd taki kanibalizm wśród gwiazd należy koniecznie zapoznać się z, być może, zupełnie nowym pojęciem – powierzchnią Roche’a. Nazywamy tak obszar wokół każdej z gwiazd podwójnych, w którym dominuje siła przyciągania jednej z nich. Wszystko, co znajdzie się wewnątrz powierzchni Roche’a opadnie na gwiazdę. Materia znajdująca się poza nią, będzie orbitować wokół gwiazdy. Wielkość tego obszaru jest zależna od masy gwiazdy – im większa masa tym większa powierzchnia Roche’a.

Jak widać na rysunku, obszary dominacji grawitacji obu gwiazd stykają się – jest to miejsce, w którym równoważą się siły przyciągania obu gwiazd i nazwane zostało przez uczonych,  na cześć francuskiego matematyka, „wewnętrznym punktem Lagange’a”, oznaczanym często jako L1.

Gwiazdy spędzają większość swego życia na spalaniu znajdującego się w niej wodoru. Gdy zapas tego paliwa wyczerpie się, jądro kurczy się a jednocześnie zewnętrzne warstwy rozszerzają się, co powoduje zwiększenie objętości gwiazdy. W przypadku gwiazd w układzie podwójnym może okazać się, że rozszerzająca się gwiazda wypełni całą przestrzeń Roche’a wokół siebie. Przy dalszym powiększaniu się powierzchni gwiazdy materia, która znajdzie się poza obszarem dominacji jej sił przyciągania stanie się wolna! Część tej materii będzie krążyła wokół obu gwiazd, jednak większość, przez wewnętrzny punkt Lagrange’a, dostanie się w obszar powierzchni Roche’a drugiej gwiazdy. W ten sposób większa gwiazda traci masę na rzecz mniejszej.
Wraz z utratą masy większej gwiazdy zmniejsza się jej powierzchnia Roche’a, co powoduje, że zaczyna ona tracić masę jeszcze szybciej.
Zmiany mas obu gwiazd wywołują, zgodnie z prawem zachowania pędu, zmiany orbit obu ciał – gwiazdy po spiralnych orbitach zbliżają się do siebie.

Kiedy tracąca masę gwiazda jest już mniejsza od swego towarzysza, gwiazdy zaczynają się od siebie oddalać. Skutkuje to zwiększeniem powierzchni Roche’a gwiazdy oddającej masę, co z kolei powoduje spadek prędkości przekazywania masy drugiej gwieździe (bo rozszerzająca się gwiazda musi wcześniej wypełnić swoją powiększoną powierzchnię Roche’a).

Dziś uważa się, że oba składniki Algola znajdują się właśnie w fazie powolnego przekazywania masy.

Czas zdradzić jeszcze jeden sekret Algola. Blisko 100 lat temu, Frank Schlesinger odkrył, że „demoniczna gwiazda” ma jeszcze jednego towarzysza – jest więc układem potrójnym. Znajduje się on jednak tak daleko od omawianej wcześniej pary (blisko 3 razy dalej niż Ziemia od Słońca), że nie bierze udziału w spektaklu, który niemal każdej nocy możemy oglądać naszymi oczami.