Astronomowie wykorzystali ALMA uchwycenie szczegółowych zdjęć R Doradus, pokazujących bąbelki gazu 75 razy większe od Słońca, dostarczające nowego wglądu w procesy konwekcji gwiazdowej, które mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia starzenia się gwiazd i redystrybucji pierwiastków niezbędnych do powstawania nowych gwiazd i planet.
Po raz pierwszy astronomowie wykonali wystarczająco szczegółowe zdjęcia gwiazdy innej niż Słońce, aby śledzić ruch bulgoczącego gazu na jej powierzchni. Zdjęcia gwiazdy R Doradus uzyskano za pomocą teleskopu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), którego współwłaścicielem jest Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) w lipcu i sierpniu 2023 r. Pokazują gigantyczne, gorące bąbelki gazu, 75 razy większe od Słońca, pojawiające się na powierzchni i opadające z powrotem do wnętrza gwiazdy szybciej, niż oczekiwano.
Odsłonięcie dynamiki konwekcji gwiazd
„Po raz pierwszy można w taki sposób pokazać bulgoczącą powierzchnię prawdziwej gwiazdy”[1] mówi Wouter Vlemmings, profesor na Politechnika ChalmersSzwecja i główny autor badania opublikowanego dzisiaj w Nature. „Nigdy nie spodziewaliśmy się, że dane będą tak wysokiej jakości, że będziemy mogli zobaczyć tak wiele szczegółów konwekcji na powierzchni gwiazdy”.
Gwiazdy wytwarzają energię w swoich jądrach w wyniku syntezy jądrowej. Energia ta może być przenoszona w kierunku powierzchni gwiazdy w postaci ogromnych, gorących bąbelków gazu, które następnie ochładzają się i toną — niczym lampa lawowa. Ten ruch mieszania, znany jako konwekcja, rozprowadza po całej gwieździe ciężkie pierwiastki utworzone w jądrze, takie jak węgiel i azot. Uważa się również, że jest on odpowiedzialny za wiatry gwiazdowe przenoszące te pierwiastki w kosmos, gdzie powstają nowe gwiazdy i planety.
Ten film pokazuje timelapse powierzchni gwiazdy, na której widać gigantyczne, gorące bąbelki gazu – 75 razy większe od Słońca – pojawiające się na powierzchni i opadające z powrotem do wnętrza gwiazdy. Wszystkie zdjęcia przedstawione w tym filmie są prawdziwymi zdjęciami wykonanymi za pomocą ALMA. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemings i in.
Spostrzeżenia z pobliskiego czerwonego olbrzyma
Aż do teraz nigdy szczegółowo nie śledzono ruchów konwekcyjnych w gwiazdach innych niż Słońce. Korzystając z ALMA, zespołowi udało się uzyskać obrazy powierzchni R Doradus w wysokiej rozdzielczości w ciągu miesiąca. R Doradus to czerwony olbrzym o średnicy około 350 razy większej od Słońca, położony około 180 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Dorado. Jego duże rozmiary i bliskość Ziemi czynią go idealnym celem szczegółowych obserwacji. Co więcej, jego masa jest podobna do masy Słońca, co oznacza, że R Doradus jest prawdopodobnie dość podobny do tego, jak nasze Słońce będzie wyglądać za pięć miliardów lat, kiedy stanie się czerwonym olbrzymem.
„Konwekcja tworzy piękną ziarnistą strukturę widoczną na powierzchni naszego Słońca, ale trudno ją dostrzec na innych gwiazdach” – dodaje Theo Khouri, badacz w Chalmers, który jest współautorem badania. „Dzięki ALMA mogliśmy teraz nie tylko bezpośrednio zobaczyć granulki konwekcyjne – o rozmiarze 75 razy większym od naszego Słońca! — ale także zmierzyć, jak szybko poruszają się po raz pierwszy.”
Wzorce konwekcji i przyszłe badania
Wydaje się, że granulki R Doradus poruszają się w cyklu miesięcznym, czyli szybciej, niż przewidywali naukowcy na podstawie działania konwekcji w Słońcu. „Nie wiemy jeszcze, jaka jest przyczyna tej różnicy. Wydaje się, że konwekcja zmienia się wraz ze starzeniem się gwiazdy w sposób, którego jeszcze nie rozumiemy” – mówi Vlemmings. Obserwacje takie jak te prowadzone obecnie przez R Doradus pomagają nam zrozumieć, jak zachowują się gwiazdy takie jak Słońce, nawet gdy stają się tak chłodne, duże i pełne życia jak R Doradus.
„To spektakularne, że możemy teraz bezpośrednio obrazować szczegóły powierzchni tak odległych gwiazd i obserwować fizykę, którą do tej pory można było zaobserwować tylko w naszym Słońcu” – podsumowuje Behzad Bojnodi Arbab, doktorant w Chalmers, który również brał udział w badaniu w badaniu.
Ten film wideo przedstawia R Doradus w powiększeniu. Ten czerwony olbrzym ma średnicę około 350 razy większą od Słońca i znajduje się około 180 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Dorado. Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) wykonała niedawno zdjęcia bulgoczącej powierzchni gwiazdy R Doradus — po raz pierwszy szczegółowo sfotografowano ten ruch w gwieździe innej niż Słońce.
Różne pokazane tutaj zdjęcia, z których wszystkie są prawdziwymi obrazami, a nie wrażeniami artysty, zostały wykonane różnymi teleskopami w różnym czasie i zostały połączone, aby stworzyć to powiększenie. Wstawka na końcu pokazuje timelapse zdjęć powierzchni gwiazdy wykonanych za pomocą ALMA.
Źródło: ESO/L. Calçada, N. Risinger (skysurvey.org), DSS, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemings i in. Muzyka: Astral Electronic
Notatki
- Bąble konwekcyjne były już wcześniej szczegółowo obserwowane na powierzchni gwiazd, m.in. za pomocą instrumentu PIONIER na pokładzie ESO. Bardzo duży teleskop Interferometr. Jednak nowe obserwacje ALMA śledzą ruch bąbelków w sposób, który wcześniej nie był możliwy.
Odniesienie: „Miesięczna skala czasu konwekcji na powierzchni gigantycznej, ewolucyjnej gwiazdy” autorstwa Woutera Vlemmingsa, Theo Khouri, Behzada Bojnordiego Arbaba, Elvire De Beck i Matthiasa Maerckera, 11 września 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07836-9
W skład zespołu wchodzą W. Vlemmings (Chalmers University of Technology, Szwecja [Chalmers]), T. Khouri (Chalmers), B. Bojnordi (Chalmers), E. De Beck (Chalmers) i M. Maercker (Chalmers).
