Lehdistötiedote

Taivaan perhonen tulee esiin tomukotelostaan

SPHERE paljastaa planetaarisen sumun muodostumisen varhaisimman vaiheen

10. kesäkuuta 2015

ESO:n VLT-teleskoopin tarkimpiin kuuluvat kuvat ovat ensimmäisenä paljastaneet jotakin, joka vaikuttaa siltä kuin ikääntyvä tähti synnyttäisi perhosen kaltaisen planetaarisen sumun. Nämä SPHERE-havaintolaitteen ZIMPOL-tilassa tehdyt havainnot punaisesta jättiläistähdestä L2 Puppis näyttävät selvästi myös läheisen kumppanin. Tähtien kuoleman vaiheet tuovat tähtitieteilijöille jatkuvasti monia arvoituksia ratkaistavaksi eivätkä vähäisimpiin kuulu tällaisten monimutkaisin ja viehättävin tiimalasimuodoin varustettujen kaksinapaisten sumujen alkuperät.

Noin 200 valovuoden etäisyydellä sijaitseva L2 Puppis on yksi Maapalloa lähimmistä punaisista jättiläisistä, joiden tiedetään olevan siirtymässä elämänsä viimeisiin vaiheisiin. SPHERE-havaintolaitteen ZIMPOL-tilassa tehdyt uudet näkyvän valon havainnot otettiin käyttäen äärimmäistä adaptiivista optiikkaa, joka korjaa kuvat paljon normaalia adaptiivista optiikkaa paremmin ja mahdollistaa siten kirkkaiden valonlähteiden lähellä olevien himmeiden kohteiden ja rakenteiden tarkastelun yksityiskohtaisemmin. Kyseessä ovat ensimmäiset tämän havaintotilan havainnoista julkaistut tulokset ja yksityiskohtaisimmat tulokset tämänkaltaisesta tähdestä.

ZIMPOL kykenee tuottamaan kuvia, jotka ovat kolme kertaa terävämpiä kuin NASA:n ja ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin ottamat. Uudet havainnot esittävät tähteä L2 Puppis ympäröivän tomun erinomaisella tarkkuudella [1]. Ne vahvistavat aiemmat NACO-havaintolaitetta käyttäen saadut tulokset kiekon muotoon asettuneesta tomusta, joka nähdään Maasta lähes suoraan sivulta, mutta tarjoavat paljon yksityiskohtaisemman näkymän. ZIMPOL:in polarisaatioaineiston avulla tutkimusryhmä kykeni muodostamaan kolmiulotteisen mallin tomun rakenteista [2].

Tähtitieteilijöiden havaintojen mukaan tomukiekko alkaa noin 900 miljoonaa kilometriä tähdestä — hieman kauempaa kuin Jupiterin etäisyys Auringosta — ja leviää ulospäin muodostaen symmetrisen, suppilonmuotoisen rakenteen tähden ympärille. Tutkimusryhmä havaitsi myös toisen valonlähteen noin 300 miljoonan kilometrin etäisyydellä tähdestä L2 Puppis — noin kaksi kertaa Maan etäisyydeltä Auringosta. Tämä hyvin läheinen kumppanitähti on todennäköisesti toinen hieman pienimassaisempi ja vähemmän kehittynyt punainen jättiläinen.

Suuren määrän hitaasti kuolevaa tähteä ympäröivää tomua ja kumppanitähden olemassaolon yhdistelmä tarkoittaa sitä, että tämä on juuri senkaltainen järjestelmä, jonka odotetaan muodostavan kaksinapaisen planetaarisen sumun. Vaikuttaa siltä, että nämä kolme elementtiä ovat välttämättömät, mutta runsas määrä hyvää onnea tarvitaan silti, jotta ne johtavat taivaallisen perhosen ilmaantumiseen tästä tomukotelosta.

Tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja, Pierre Kervella, selittää: "Kaksinapaisen planetaarisen sumun alkuperä on yksi nykyaikaisen astrofysiikan suuria klassisia ongelmia, etenkin kysymys siitä kuinka, tarkalleenottaen, tähdet palauttavat arvokkaan metallikuormansa takaisin avaruuteen. Kyseessä on tärkeä prosessi, sillä juuri tätä materiaalia käytetään tuottamaan planeettajärjestelmien myöhemmät sukupolvet."

Tähden L2 Puppis levinneen kiekon lisäksi tutkimusryhmä löysi kaksi materiaalikartiota, jotka nousevat kohtisuoraan kiekosta. Mikä on tärkeää, he löysivät näistä kartioista kaksi pitkää, hitaasti kaareutuvaa materiaalitöyhtöä. Näiden töyhtöjen nousukohtien sijainnista tutkimusryhmä päätteli, että yksi on todennäköisesti tähden L2 Puppis matriaalin ja kumppanitähden tähtituulen sekä säteilypaineen vuorovaikutuksen seurausta. Toinen seuraa todennäköisesti kahden tähden tähtituulien törmäyksestä tai on tulos kumppanitähteä ympäröivästä kertymäkiekosta.

Vaikka paljon pitää yhä ymmärtää, kaksinapaisista planetaarisista sumuista on kaksi johtavaa teoriaa, jotka molemmat riippuvat kaksoistähtijärjestelmän olemassaolosta [3]. Uudet havainnot antavat ymmärtää, että molemmat näistä prosesseista toimivat tähden L2 Puppis ympärillä, minkä johdosta näyttää hyvin todennäköiseltä, että tähtipari synnyttää ajan myötä perhosen.

Pierre Kervella päättää: "Kumppanitähden kiertäessä tähteä L2 Puppis vain muutaman vuoden jaksolla, odotamme näkemämme kuinka kumppanitähti muovaa punaisen jättiläisen kiekkoa. Tähteä ympäröivän tomun rakenteiden kehittymistä voidaan seurata reaaliaikaisesti, mikä on äärimmäisen harvinainen ja kiehtova mahdollisuus."

Lisähuomiot

[1] SPHERE/ZIMPOL käyttää äärimmäistä adaptiivista optiikkaa muodostaakseen diffraktion rajoittamia kuvia, jotka pääsevät paljon aikaisempia adaptiivisen optiikan havaintolaitteita lähemmäs teleskooppien teoreettista havaintokykyä ilmakehättömissä olosuhteissa. Äärimmäisen adaptiivisen optiikan ansiosta voidaan myös nähdä paljon himmeämpiä kohteita hyvin lähellä kirkasta tähteä. Näitä kuvia otetaan myös näkyvän valon aallonpituuksilla — lähi-infrapunaa lyhyemmällä alueella, jossa useimmat aikaisemmat adaptiivisen optiikan kuvat on otettu. Näiden kahden tekijän ansiosta saadaan huomattavasti tarkempia kuvia kuin aikaisemmat VLT-teleskoopin ottamat. Vieläkin parempi resoluutio saavutetaan käyttämällä VLTI:tä, mutta interferometri ei ota kuvia suoraan.

[2] Kiekon tomu hajotti tähtien valoa hyvin tehokkaasti kohti Maata ja polarisoi sen, joka oli piirre, jota tutkimusryhmä käytti muodostaakseen kolmiulotteisen kartan kuoresta käyttäen sekä ZIMPOL:in että NACO:n aineistoa ja kiekon mallia, joka perustui säteilynsiirtoa mallintavaan RADMC-3D -työkaluun, joka käyttää annettua joukkoa parametrejä tomulle mallintaakseen sen läpäiseviä fotoneja.

[3] Ensimmäisen teorian mukaan kuolevan päätähden tähtituulen tuottama tomu on sidottu renkaanmuotoiselle radalle tähden ympärillä kumppanitähden tähtituulen ja säteilypaineen toimesta. Kaikki myöhempi päätähden menettämä materia suppiloituu, tai kohdentuu, tähän kiekkoon pakottaen siinä olevan materian ulospäin kahdessa kiekkoa kohtisuorassa pilarissa.

Toisen teorian mukaan suurin osa kuolevan tähden ulos sinkoamasta materiasta kasaantuu läheiselle kumppanille, joka alkaa muodostaa kertymäkiekkoa ja voimakkaiden suihkujen paria, muodostaen kaiken koostavan kaasu- ja tomupilven, aivan kuten tapahtuisi yksittäisen tähden järjestelmässä. Kumppanitähden vast'ikään muodostuneet, huomattavasti kuolevan tähden tähtituulta voimakkaammin liikkuvat kaksinapaiset suihkut kovertavat sitten kaksi onkaloa ympäröivään tomun, minkä seurauksena muodostuu luonteenomainen kaksinapainen planetaarinen sumu.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "The dust disk and companion of the nearby AGB star L2 Puppis”, jonka kirjoittivat P. Kervella, et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Astronomy & Astrophysics 10. kesäkuuta 2015.

Tutkimusryhmään kuuluvat P. Kervella (Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, CNRS/INSU, Ranska; Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile; LESIA Observatoire de Paris, CNRS, UPMC; Université Paris-Diderot, Meudon, Ranska), M. Montargès (LESIA, Ranska;  Institut de Radio-Astronomie Millimétrique, St Martin d’Hères, Ranska), E. Lagadec (Laboratoire Lagrange, Université de Nice-Sophia Antipolis, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Nizza, Ranska), S. T. Ridgway (National Optical Astronomy Observatories, Tucson, Arizona, USA), X. Haubois (ESO, Santiago, Chile), J. H. Girard (ESO, Chile), K. Ohnaka (Instituto de Astronomía, Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chile), G. Perrin (LESIA, Ranska) ja A. Gallenne (Universidad de Concepción, Departamento de Astronomía, Concepción, Chile).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia VLT-teleskoopista
• ESOcast aiheenaan ZIMPOL/SPHERE ja polarimetria
• Lisätietoja SPHERE:stä

Yhteystiedot

Pierre Kervella
Departamento de Astronomía, Universidad de Chile
Santiago, Chile
Matkapuhelin: +33 628 076 550
Sähköposti: pierre.kervella@obspm.fr

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Pasi Nurmi (press contact Suomi)
ESO Science Outreach Network and University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Email: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media

Tämä on ESO:n lehdistötiedotteen käännös eso1523.