17.07.2017.

HERŠELOV GRANAT

Šta je to granat?
Dobro pitanje. Na našem jeziku ovo najpre asocira na artiljeriju, a potom na Granatu, minijaturno italijansko seoce na severu koje trenutno broji desetak stanovnika. Ili se možda radi o Granadi, glavnom gradu istoimene španske provincije? Koren oba termina je isti: latinska reč granatum.
Granatum je termin koji opisuje nar, mediteransko voće izrazito crvene unutrašnjosti na preseku.

U opisivanju dragog i poludragog kamenja se latinski termin progurao i do današnjeg engleskog. Tako se i naziva šarolika grupa tamnocrvenih kristala: garnet na engleskom, odnosno granat na srpskom. U pitanju su razne kombinacije elemenata koji grade neosilikate sa generalnom formulom X3Y2(SiO4)3.

Ovaj dragulj ne treba mešati sa rubinom, pošto je rubin sasvim drugo jedinjenje (korund), generalno je svetlije crvene boje, tvrđi a i primetno skuplji. Dakle, u naslovu može da stoji isključivo granat, nikako rubin.

Da pređemo na astronomiju. Boja zvezde se najlakše zapaža ukoliko defokusiramo teleskop.


Najsjajnija zvezda u centru kadra je spektralne klase M2I, što će reći crveni nadgigant. Dole levo druga najsjajnija zvezda je spektralne klase K1III a to se prevodi kao žuto-narandžasti gigant. Kao što vidimo boje na slici se prilično dobro slažu sa faktičkim stanjem na terenu, a to uključuje i zvezdu gore sa spektrom B3 (plava zvezda nešto niže temperature od proseka za svoju klasu).

Naravno, ovo je prilično gruba metoda koja može da služi samo za orijentaciju - prave zvezdane karakteristike se dobijaju isključivo spektrofotometrijom, nikako defokusiranjem. Ali defokusiranjem omogućavamo softveru da vrši merenje - tzv aperturnu fotometriju.

U prvoj koloni je instrumentalna magnituda merene zvezde, odnosno one centralne u kadru. Druga kolona je instrumentalna magnituda referentne zvezde (dole levo), treća kolona je razlika a četvrta je rezultat - magnituda merene zvezde.


Ako izuzmemo misteriozne skokove na početku i kraju sekvence merenja, statistički prosek izmerenih vrednosti daje magnitudu 3.842.

Dakle, da vidimo šta je zapravo zvezda koju smo merili.


U potrazi za najcrvenijim zvezdama na nebu došli smo i do HD 206936. Zvezda je zapravo vidljiva golim okom i, premda ne dovoljno sjajna da bi dobila klasično ime, dobila je od strane Bayer-a pre 4 veka oznaku μ Cephei. Zapravo ona i ima klasično ime, arapsko, ali to nije uobičajeno za zvezde koje su manjeg sjaja - naša zvezda ima prosečnu magnitudu 4.08.

Objašnjenje je dao engleski astronom iz viktorijanskog perioda John Russell Hind: zvezda je promenljiva. Njena magnituda šeta od 3.43 mag do 5.1 mag, i verovatno je arapsko ime Erakis dobila u momentu kad je češki astronom Antonin Bečvar pravio svoj zvezdani katalog. Međutim, izgleda da je tu došlo do zabune: sasvim je sigurno da je μ Cephei pomešao sa μ Draconis koja ima arapsko ime Al Raqis.


Ovde se vidi da je crvena zvezda okružena velikom većinom uglavnom plavih zvezda. I upravo zbog toga je ova zvezda širom astronomskog sveta poznatija pod drugim imenom: Heršelov Granat. Engleski astronom je prvi dao opis "very fine deep garnet color", što bi se (malo slobodnije) prevelo kao tamnocrvena boja dragulja poznatog pod imenom granat. U crno-belom univerzumu vizuelne astronomije ovakvo nebesko telo svakako privlači pažnju. Inače ova zvezda se nalazi na samoj granici emisione magline IC 1396 koja je i sama crvene boje, ali se maglina vizuelno praktično ne vidi. Čak i na ovim fotkama nemodifikovanim aparatom nema ni traga crvenkastom sjaju jonizovanog vodonika. Takođe Herschell je naveo da je ovo u svojoj okolini najlepši objekt, kao i preporučio da se prethodno neko vreme gleda bela zvezda, kao što je Alpha Cephei u neposrednoj blizini, pre nego što se teleskop okrene ka Granatu. U njegovo doba su postojale relativno detaljne zvezdane karte ali je Herschell bio ipak začuđen činjenicom da je ova zvezda dotad često bila izostavljana od strane kartografa. A neko vreme nakon toga, sveštenik Giuseppe Piazzi je u svom Palermo katalogu ovu zvezdu prvi nazvao Heršelov Granat.

Promenljivost ove zvezde je i bukvalno promenljiva kategorija... Period oscilacije u sjaju iznosi od 100 dana do 13 godina. Zbog toga je ova zvezda svrstana u polupravilne promenljive (semiregularne varijabilne) a nekad je važila i kao prototip cele klase polupromenljivih koja se danas označava kao SRc klasa: to su generalno nadgiganti klase M, C i S sa amplitudama od oko jedne magnitude i periodom oscilacije sjaja od 30 dana do više hiljada dana. Možda je interesantno napomenuti da se radi o crvenim gigantima, karbonskim zvezdama i svim prelaznim tipovima između ove dve spektralne klase - dakle, crvena boja je nešto što je njihova osnovna karakteristika. Boja pre svega potiče iz činjenice da se radi o rasplinutim gigantima čiji su spoljni slojevi male gustine (kad zvezda pređe neku granicu prečnika onda se spoljni slojevi toliko udalje od centra mase da ih gravitacija dosta slabije drži) a ujedno i male temperature. Površina ovih zvezda ne prelazi 3700K a često je dosta ispod te granice. Inače prečnik zvezde Granat je negde između prečnika Jupiterove i Saturnove orbite - to je jedna od nekoliko najvećih zvezda za koje znamo da postoje. Drugi razlog je činjenica da kod karbonske zvezde ili zvezde klase S postoji dosta ugljenikovih jedinjenja u spoljnim slojevima i to putem apsorpcije utiče da zvezda dobije intenzivniju crvenu boju.

Još malo o boji zvezde. Pošto u mnogim katalozima nedostaju podaci o spektru neke zvezde, naročito onih tamnijih, podatak koji uvek možemo naći je B-V indeks. U pitanju je razlika između magnitude zvezde u B (plavom) i V (zelenom) filteru. Ako je ta razlika negativna - zvezda je plava a ako je razlika pozitivna onda je zvezda crvena. Dakle, indeks se kreće od -0.33 za O klasu (plave) do +1.40 za M klasu (crvene zvezde). Na sredini su bele zvezde A klase sa indeksom približno 0. U principu čak i temperatura zvezde se može okvirno izračunati samo iz B-V indeksa - toliko je ovo u praksi koristan podatak. Koga interesuje kako neka potraži Ballesteros formulu.
Granat ima B-V indeks od +2.35. To je samo malo manje od zvezde La Superba iz sazvežđa Canes Venatici koja ima indeks +2.5. La Superba (u prevodu "prelepa") je ime koje je zvezda dobila od fratra koji je polovinom XIX veka posmatrao zvezdu - Angelo Secchi je bio očigledno fasciniran bojom odnosno kontrastom crvene zvezde i njene pozadine.
U poređenju sa standarnim zvezdama crvene boje koje su vidljive golim okom ovo su rekordne vrednosti. Primera radi, Antares ima indeks +1.83 a Betelgejz +1.85; u poređenju sa Granatom ove zvezde nisu crvene već narandžaste.

Osim toga, postoji još jedan fenomen vezan za boju promenljivih. Zvezde koje se bliže svom minimumu postaju intenzivnije obojene, u ovom slučaju Granat postaje tamnocrven dok je u maksimumu više narandžast. Ako pogledamo izmerenu magnitudu onda je jasno da ova zvezda trenutno više vuče na narandžasto.

O fizičkim parametrima ovog džina se danas neuporedivo više zna nego u Herschell-ovo vreme. Primera radi, Herschell zasigurno nije mogao da zna da ova zvezda ima oko sebe sferu izbačenih gasova prečnika 6 sekundi. To nije bilo moguće ni videti ni snimiti sve do danas; čak sfera u unutrašnjosti prelazi u torus koji podseća na akrecioni disk. Ova materija se jednim delom sastoji i iz vode što je poseban kuriozitet.

Evo koliko je 6 ugaonih sekundi na snimku - to je crvena crtica ispod zvezde:


Udaljenost do Granata nije precizno izmerena. Kad je leteći teleskop u orbiti poznat kao Hipparcos krenuo da izmeri paralaksu ove zvezde ispalo je da se vrednost graniči sa vrednostima greške tog sistema. Godišnja paralaksa je, naime, veličina prividnog pomeranja zvezde u vidnom polju za period od 6 meseci. Pošto je poluprečnik putanje Zemlje 1 AU, mi zapravo merimo pomeranje neke zvezde uz promenu pozicije od dve astronomske jedinice. I u tom slučaju se nama najbliža zvezda, Proxima Centauri, pomeri za jedva nešto više od 0.7 ugaonih sekundi u odnosu na nebesku pozadinu. A Granat se, po Hipparcos-u, pomeri za 0.55+/-0.20 miliarcsec. Dakle, preko hiljadu puta manje - i to nam daje priliku da izračunamo distancu koja onda iznosi 1333-2857 parseka, odnosno sredina bi bila 1800 parseka. To je 6 hiljada svetlosnih godina.
Ako ovu zvezdu uporedimo sa Betelgejzom koji ima paralaksu 5.07 miliarcsec onda dolazimo do distance Betelgejza od 650 svetlosnih godina. A pošto je pre sto godina i prečnik ove zvezde direktno izmeren, zapravo ne direktno već putem (tada veoma primitivne) interferometrije, i iznosi 0.055 ugaonih sekundi - jasno je kolika je veća udaljenost Granata, budući da je njegov prividni prečnik 0.021 arcsec; što jasno ukazuje i koliko je Granat veća zvezda budući da je od Betelgejza udaljeniji 4.5 puta.

Inače parsek se definiše kao ona udaljenost na kojoj je godišnja paralaksa posmatranog objekta tačno jednu ugaonu sekundu. To bi onda prevedeno bilo 3.26 svetlosnih godina.

Temperatura površine μ Cephei je procenjena na 3750K. Na jednoj trećini prečnika zvezde udaljenosti od površine se nalazi omotač usijanih gasova temperature 2000K, a spolja od toga se nalazi omotač vode i prašine otprilike do udaljenosti od četiri prečnika zvezde.

Smatra se da je zvezda Granat veoma blizu toga da opravda svoje ime koje je dobro poznato u artiljeriji. Već neko vreme ova masivna zvezda pretvara helijum u ugljenik (stadijum do kog zvezde glavnog niza nikad ne stignu, budući da one iz vodonika stvaraju helijum). Ova evolucija elemenata u jezgru će se odvijati sve dok fuzija ne stvori dovoljno gvožđa, a onda će teško gvožđe unutar zvezde usled svoje mase kolabirati samo u sebe. To je onda supernova i preovlađuju mišljenja da je masa Granata sasvim dovoljna da ostatak eksplodirane zvezde ima sve predispozicije da postane crna rupa. Osim toga, pre eksplozije supernove teorijski modeli predviđaju da ovaj crveni nadgigant treba prvo da pređe u fazu plavog giganta usled brzog gubitka mase.