Juha Ojanperä:
Symbioottiset tähdet ja symbioottiset novat ovat varsin erikoisia ja kiehtovia muuttuvia tähtiä. Symbioottiset tähdet ja symbioottiset novat ovat lähekkäisiä kaksoistähtiä, joissa komponenttien välillä tapahtuu vuorovaikutusta. Symbioottiset novat ovat myös mahdollisia tyypin 1a-supernovien aiheuttajia. Lisäksi symbioottisissa tähdissä ja symbioottisissa novissa tapahtuu prosesseja, jotka kylvävät eloperäisten molekyylien raaka-aineita avaruuteen. Vaikka symbioottiset tähdet ja -novat ovatkin harvinaisia, niitä on silti taivaalla niin paljon, että innokas harrastaja löytää näistä helposti mielenkiintoista sisältöä havainto-ohjelmaansa.
Taiteilijan näkemys symbioottisesta tähdestä R Aqr. Kuva NASA/ESA, D.Berry
Symbioottiset tähdet
Symbioottiset tähdet ovat varsin kiehtovia muuttuvia tähtiä. Symbioottiset tähdet ovat lähekkäisiä kaksoistähtijärjestelmiä, joiden spektrissä havaitaan kolmen, hyvin erilaisen kappaleen spektriviivoja. Symbioottisissa tähdissä havaitaan punaisen jättiläisen ja toisaalta myös jonkin hyvin kuuman ja sinertävän komponentin spektriviivoja. Lisäksi havaitaan vielä ionisoituneen kaasun spektriviivoja. Nämä erilaiset spektrissä havaittavat piirteet ovat peräisin tähtijärjestelmään kuuluvista, keskenään hyvin erilaisista tähdistä. Symbioottisissa tähtijärjestelmissä rinnakkain elävät punainen jättiläistähti, joka voi olla Mira-tyyppinen muuttuva tähti sekä hyvin kuuma ja sinertävä kappale, joka useimmiten on valkoinen kääpiö. Tämä hyvin vastakohtainen tähtikaksikko on ionisoituneesta kaasusta koostuvan kaasupilven ympäröimä. Tämä kaasu, jonka valkoisen kääpiön säteily saa ionisoitumaan, on peräisin punaisesta jättiläisestä. Termi symbioottinen on lainattu tähtitieteeseen biologiasta, missä symbioosilla tarkoitetaan kahden, hyvin erilaisen eliön yhteiseloa siten, että molemmat osapuolet hyötyvät tästä suhteesta.
Symbioottisia tähtiä tunnetaan noin 200 ja ne jaetaan kahteen alaryhmään sen mukaan, havaitaanko niiden spektrissä merkkejä pölystä vai ei. Mikäli tähtijärjestelmän spektrissä havaitaan merkkejä pölystä, kertoo se siitä, että tähtijärjestelmässä on mukana pölyä tuottava Mira-tyyppinen muuttuva tähti. Mira-tähdet ovat varsinaisia avaruuden pölytehtaita! Mira-tähdet ovat elinkaarensa loppupäässä olevia hitaasti sykkiviä muuttuvia tähtiä, joista lentää muun muassa hiiltä sisältävää kaasua avaruuteen tähtituulen mukana. Tarpeeksi kaukana tähdestä tästä kaasusta tiivistyy isompia hiilimolekyylejä, eli käytännössä nokihitusia! Mira-tähdillä onkin merkittävä rooli orgaanisten molekyylien raaka-aineiden tuottamisessa avaruuteen.
Mikäli tähtijärjestelmässä ei havaita merkkejä pölystä, kertoo se siitä, että tähtijärjestelmässä punaisena komponenttina on tavallinen punainen jättiläinen. Pölyä sisältävistä symbioottisista tähdistä käytetään nimitystä D-tyypin tähdet (D = dust, tomu tai pöly). Sellaisista symbioottisista tähdistä, joissa havaitaan vain tähdistä peräisin olevia spektriviivoja, käytetään nimitystä S-tyypin tähdet (S = star, tähti). Pölyä sisältävät D-tyypin symbioottiset tähdet ovat huomattavasti harvinaisempia kuin S-tyypin symbioottiset tähdet. D-tyypin tähtien osuus kaikista symbioottisista tähdistä on noin 20%.
Symbioottiset tähdet siis ovat itsekin hyvin sekalainen seurakunta, 200 tunnetun symbioottisen tähden joukosta ei montaa samanlaista löydy! Näille tähdille yhteisenä nimittäjänä on se, että ne ovat kaikki kaksoistähtiä, ja niiden spektrissä havaitaan kolme hyvin erilaista komponenttia. Tunnetuimpia symbioottisia tähtiä ovat muun muassa Z And, CH Cyg, CI Cyg ja R Aqr.
Symbioottisissa tähdissä havaittava valonvaihtelu on melko epäsäännöllistä. Valonvaihtelun amplitudi on yleensä noin 0,5-1,0 magnitudia. Symbioottisten tähtien kirkkauden vaihtelun jaksot ovat tyypillisesti melko pitkiä, jakson pituus voi olla 100-2000 päivää. Symbioottisissa tähtijärjestelmissä jokainen komponentti antaa oman osansa valonvaihteluun. Valonvaihtelulle tunnetaan viisi syytä, jotka kukin voivat vaikuttaa yhtäaikaa: 1) tähteä ympäröivän kaasupilven läpinäkyvyyden vaihtelu ja vaihtelu sen kaasumolekyylien virittymisessä, 2) valkoisesta kääpiöstä peräisin oleva vaihtelu, materian kertymisen määrässä valkoisen kääpiön pinnalle voi olla vaihtelua, ja näinollen myös sen vapauttamassa energiamäärässä, 3) jättiläiskomponentista peräisin oleva vaihtelu, jättiläiskomponentista peräisin oleva vaihtelu voi olla epäsäännöllistä, tai siinä voidaan havaita Mira-tyyppistä valonvaihtelua, mikäli kyseessä on Mira-tähti, 4) joissain tapauksissa tähdessä aiheutuvat Algol-tyyppiset pimennykset aiheuttavat valonvaihtelua, 5) tähden pyörimisestä aiheutuvat kirkkauden vaihtelut. Tähdessä voi olla tähdenpilkkuja, jotka vaikuttavat tähden havaittuun kokonaiskirkkauteen. Lisäksi symbioottisilla tähdillä havaitaan epäsäännöllisiä purkauksia, joissa tähti voi kirkastua 1-4 magnitudia.
Symbioottisen tähden Z And valokäyrä AAVSO:n visuaalihavaintojen pohjalta 1.1.1995-1.1.2015. Kuva: AAVSO.
Symbioottiset novat
Symbioottiset novat ovat varsin harvinainen tähtityyppi. Niitä tunnetaan varmuudella vain 14 kappaletta. Lisäksi tunnetaan eräs tähti, jonka epäillään olevan symbioottinen nova. Symbioottiset novat ovat ikäänkuin novien ja symbioottisten tähtien välimuoto, sillä niissä on havaittavissa piirteitä kummastakin tähtityypistä. Voidaan sanoa, että symbioottiset novat ovat sekä novien- että symbioottisten tähtien erikoistapaus. Symbioottiset novat ovat sellaisia symbioottisia tähtiä, joissa havaitaan novankaltaisia purkauksia. Symbioottisilla novilla havaitaan kahdenlaisia novapurkauksia: 1) hyvin hitaita purkauksia, jotka kestävät jopa yli 10 vuotta, 2) nopeita, klassisen novan kaltaisia purkauksia, jotka toistuvat muutamien kymmenien tai satojen vuosien välein. Symbioottiset novat jaetaankin kahteen alalajiin niiden purkauskäyttäytymisen mukaan. Ensiksimainitusta alalajista käytetään nimitystä “klassiset symbioottiset novat” ja viimeksimainitusta “uusiutuvat symbioottiset novat”. Erot näiden alalajien purkautumiskäyttäytymisessä johtuvat kaksoistähtijärjestelmien ominaisuuksista.
Klassiset symbioottiset novat
Klassisissa symbioottisissa novissa tähtijärjestelmä voi olla S- tai D-tyyppinen, eli siihen voi kuulua tavallinen punainen jättiläistähti tai Mira-tyyppinen sykkivä muuttuja. Klassisissa symbioottisissa novissa valkoinen kääpiö on massaltaan melko pieni, eli ne ovat massaltaan selvästi Aurinkoa pienempiä. Näissä tähdissä komponenttien välimatka on sangen pitkä, ja näin ollen myös tähtien kiertoaika toistensa ympäri on varsin pitkä. Näissä tähdissä kiertoaika on selvästi yli 800 päivää, eli yli kaksi vuotta. Niin tavallisissa novissa- kuin symbioottisisskin novissa novapurkaukset syntyvät, kun punaisesta jättiläisestä virtaa ainetta valkoisen kääpiön pinnalle. Ennen pitkää tämä ainemäärä kasvaa niin suureksi, että siinä käynnistyy äkillinen fuusioreaktio, jossa valkoisen kääpiön pinnalle kertynyt materia lentää räjähdyksen voimasta avaruuteen. Tässä räjähdyksessä tähden kirkkaus myös kasvaa rajusti.
Tämä mekanismi on novapurkausten aiheuttaja myös klassisissa symbioottisissa novissa. Klassisissa symbioottisissa novissa purkaukset ovat kuitenkin eritäin hitaita. Tämä johtuu kolmesta seikasta: 1) klassisissa symbioottisissa novissa valkoisen kääpiön massa on pieni, 2) materiaalin kertyminen punaisesta jättiläisestä valkoisen kääpiön pinnalle tapahtuu suoraan tähtituulesta, mikä on varsin hidas prosessi, 3) tähdet kiertävät kaukana toisistaan.
Näistä syistä johtuen käynnistyvä novapurkaus on hidas ja vakaa, jolloin se itseasiassa muistuttaa enemmän tähtien ytimissä tapahtuvia ydinreaktioita. Tyypillisen klassisen symbioottisen novan tapauksessa purkaus voi kestää reilusti yli kymmenen vuotta tai jopa yli sata vuotta. Purkauksen alkaessa tähden kirkkaus nousee maksimiinsa muutamassa kuukaudessa tai vuodessa. Tämän jälkeen tähti viettää joitakin vuosia maksimissaan, ja alkaa tämän jälkeen hitaasti palata minimikirkkauteensa. Klassisia symbioottisia novia tunnetaan kaikkiaan 9 kappaletta. Lisäksi tunnetaan yksi tähti, jolla on sekä klassisen- että uusiutuvan symbioottisen novat piirteitä. Klassisia symbioottisia novia ovat S-tyypin tähdet AG Peg, RT Ser, V1329 Cyg, ja PU Vul sekä D-tyypin tähdet RR Tel, V2110 Oph, V1016 Cyg, HM Sge, ja RX Pup. Tähdellä V407 Cyg on havaittu molempien alalajien piirteitä. Tällä tähdellä on jättiläiskomponenttina Mira-tähti, mutta tähdellä tapahtuu nopeita, novankaltaisia purkauksia, jotka ovat tyypillisiä uusiutuville symbioottisille noville.
Uusiutuvat symbioottiset novat
Uusiutuvia symbioottisia novia tunnetaan vain neljä kappaletta. Niitä ovat RS Oph,T CrB, V3890 Sgr, ja V745 Sco, jotka kaikki ovat S-tyypin tähtiä. Uusiutuvilla symbioottisilla novilla tapahtuu klassisen novapurkauksen kaltaisia purkauksia muutaman kymmenen tai sadan vuoden välein. Purkauksen kestossa aikaskaala on joitakin viikkoja tai kuukausia. Uusiutuvissa symbioottisissa novissa tähtijärjestelmän komponentit ovat erilaisia kuin klassisissa symbioottisissa novissa. Ensinnäkin valkoinen kääpiö on näissä tähdissä hyvin massiivinen, jopa noin 1,1-1,4 Auringon massaa. Joissakin uusiutuvissa symbioottisissa novissa kääpiökomponentti onkin itseasiassa se massiivisempi osapuoli jättiläiskomponentin ollessa reilusti sitä kevyempi. Tällainen tilanne on esimerkiksi tähdillä RS Oph ja T CrB. Toiseksi, näissä tähtijärjestelmissä materian siirto jättiläisestä kääpiöön tapahtuu niin sanotun kertymäkiekon kautta. Eli punaisesta jättiläisestä virtaa ainetta valkoiseen kääpiöön, jossa aine muodostaa niin sanotun kertymäkiekon kääpiön ympärille. Tällä tavalla ainetta voi kertyä paljon ja nopeasti, mikä selittää uusiutuvien symbioottisten novien tiheämmän purkautumistahdin. Uusiutuvissa symbioottisissa novissa valkoinen kääpiö on hyvin massiivinen, ja ainetta kertyy kääpiön pinnalle enemmän kuin sitä lentää avaruuteen novapurkauksissa. Tämä tarkoittaa sitä, että uusiutuvat symbioottiset novat ovat mahdollisia tyypin 1a-supernovien aiheuttajia.
Linkit
AAVSO:n artikkeleita symbioottisista tähdistä:
Joanna Mikolajewskan artikkeli symbioottisista novista
AAVSO:n tiedote uuteen mahdolliseen symbioottiseen novaan liittyen
