eso1239no — Pressemelding

ALMA oppdaget overraskende spiral rundt døende stjerne

Nye observasjoner avdekker en gammel stjernes hemmeligheter

10 October 2012

Astronomer har ved hjelp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oppdaget en fullstendig uventet spiralstruktur i materialet rundt den gamle stjernen R Sculptoris. Dette er første gang en slik struktur, sammen med et kuleformet ytre skall, er funnet omkring en rød kjempestjerne. Astronomene har for første gang også klart å samle komplette tredimensjonale data om en slik spiral. Den merkelige formen er trolig skapt av en hittil ukjent stjernekompanjong som kretser rundt den røde kjempen. Arbeidet er et av de første vitenskapelige ALMA-resultatene som publiseres, og artikkelen kan leses i denne ukens utgave av tidsskriftet Nature.

Ved hjelp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), verdens kraftigste millimeter/submillimeter-teleskop, har et forskerteam gjort en overraskende oppdagelse: en tydelig og vakker spiralstruktur i gassen rundt den røde kjempestjernen R Sculptoris [1][2][3]. Det betyr sannsynligvis at en tidligere uoppdaget stjernekompanjong kretser rundt stjernen [4]. Astronomene fant dessuten ut at den røde kjempen hadde kastet av seg mye mer materiale enn forventet.

"Man har observert skall rundt denne type stjerner før, men dette er første gang noensinne vi ser både et ytre skall og en spiral med materiale som 'skrur seg ut' fra stjernen," sier hovedforfatteren av forskningsartikkelen, Matthias Maercker (ESO og Argelander Institute for Astronomy, Universitetet i Bonn, Tyskland).

Røde kjemper som R Sculptoris kvitter seg med store mengder materiale, som blåses vekk fra stjerneoverflaten og ut i rommet. De bidrar derfor mye til den gassen og det støvet som utgjør råmaterialene for kommende generasjoner av stjerner og planetsystemer – og liv.

ALMA-observasjonene i denne studien ble foretatt i den innledende første runden med vitenskapelige observasjoner – det astronomene kaller "Early Science"-fasen. Likevel utkonkurrerte ALMA alle andre submillimeterobservatorier. Tidligere observasjoner hadde tydelig vist et sfærisk skall rundt R Sculptoris, men verken spiralstrukturen eller kompanjongen ble funnet.

"Da vi observerte stjernen med ALMA, var ikke engang halvparten av radioantennene på plass. Derfor er det virkelig spennende å tenke på hva hele teleskopnettverket vil kunne yte når ALMA står ferdig i 2013," tilføyer medforfatter Wouter Vlemmings (Chalmers University of Technology, Sverige).

Stjerner med masse opptil åtte ganger Solas utvikler seg til røde kjemper mot slutten av sine liv, og mister samtidig en betydelig del av sin masse i form av kraftige stjernevinder. I løpet av rød kjempe-fasen opplever de dessuten periodiske termiske pulser, dvs. kortvarige episoder med eksplosiv heliumbrenning (fusjon) i et skall omkring den kompakte stjernekjernen. En slik termisk puls får materiale ved overflaten til å kastes av stjernen mye raskere enn ellers, noe som resulterer i dannelsen av et stort skall av støv og gass omkring stjernen. Etter pulsen faller takten stjernen mister masse tilbake til det normale.

Termiske pulser hos kjempestjerner inntreffer med om lag 10 000 til 50 000 års mellomrom og varer bare noen få hundre år. De ferske observasjonene av R Sculptoris forteller oss at stjernen for ca. 1800 år siden opplevde en termisk puls med omtrent 200 års varighet. Det var stjernekompanjongen som gav vinden fra R Sculptoris spiralstruktur.

"Med ALMA kan vi se små detaljer, og ved å studere formen til det ytre skallet og ikke minst spiralstrukturen, kan vi enklere forstå hva som skjer med stjerner før, under og etter en termisk puls," sier Maercker. "Vi forventet så klart at ALMA ville gi oss et nytt syn på universet, men å oppdage uventede, nye ting allerede, med et av de første datasettene, er virkelig spennende."

For å beskrive den observerte strukturen rundt R Sculptoris tok astronomteamet også i bruk datasimuleringer for å følge utviklingen til dobbeltstjernesystemet [5]. Disse modellene passer meget godt overens med de nye ALMA-observasjonene.

"Det er en stor utfordring å skulle beskrive teoretisk alle detaljene i observasjonene fra ALMA, men datasimuleringene våre viser at vi er på god vei. ALMA gir oss ny viten om hva som skjer med disse døende stjernene og hva som kan hende med Sola om noen få milliarder år," kommenterer medforfatter Shazrene Mohamed (Argelander Institute for Astronomy i Bonn i Tyskland, og South African Astronomical Observatory).

"I den nære framtid vil ALMA-observasjoner av stjerner som R Sculptoris hjelpe oss å forstå hvordan grunnstoffene vi er bygd opp av, har nådd fram til steder som Jorda. De vil også gi oss hint om hvordan vår egen stjernes fjerne framtid kan se ut," avslutter Matthias Maercker.

Fotnoter

[1] R Sculptoris er et eksempel på en såkalt AGB-stjerne, der AGB står for "asymptotic giant branch", på norsk den asymptotiske kjempegren (jf. Hertzsprung-Russell-diagrammer). Dette er stjerner i sine siste livsstadier og som hadde en startmasse på mellom 0,8 og 8 solmasser. De er kalde, røde kjemper med store massetap i form av sterke stjernevinder, og de har typisk langperiodiske lysstyrkevariasjoner. Deres indre består av en ørliten kjerne av karbon og oksygen omgitt av et skall med hydrogen- og helium-fusjon og deretter en enorm konveksjonskappe der energitransporten utover foregår ved varmestrømninger. Vår egen sol vil omsider utvikle seg til en AGB-stjerne.

[2] De utslyngede skallene omkring AGB-stjerner består av gass og ørsmå støvkorn. Støvkornene kan identifiseres ved å lete etter varmestråling (fra infrarødt lys til millimeterbølgelengder). På millimeterbølgelengder gjør strålingen fra CO-molekyler (karbonmonoksid) det mulig for astronomene å lage høyoppløste kart over gasstrømmene i de kraftige stjernevindene til AGB-stjernene. Observasjoner av denne typen gir også forskerne oversikt over gassfordelingen rundt disse objektene. ALMAs høye følsomhet gjør at man kan direkte avbilde støvkondenseringssonen og strukturen til materialet rundt AGB-stjerner, med en oppløsning på over 0,1 buesekund.

[3] En lignende spiral, men uten et omliggende kuleskall, er observert for stjernen LL Pegasi ved hjelp av NASA/ESAs Hubble-teleskop. I motsetning til de nye ALMA-observasjonene gav Hubble-dataene ikke mulighet for å undersøke den tredimensjonale strukturen. Hubble-teleskopet registrerte støvet, mens ALMA i stedet målte strålingen fra molekylene i gassen.

[4] Usette dobbeltstjerner er også foreslått som forklaring på det merkelige utseendet til planetariske tåker. Etter AGB-fasen vil stjerner med liten og mellomstor masse (0,8–8 solmasser) ende sine liv som planetarisk tåker. En slik tåke er rett og slett de glødende restene av stjerneatmosfæren som ble støtt vekk under AGB-fasen. Gassen lyser fordi den ioniseres av den ultrafiolette strålingen til den døende stjernen i midten. Mange planetariske tåker har ekstremt kompleks og mangfoldig morfologi. Årsaken til de store forskjellene i utseende kan skyldes at sentralstjernen har en kompanjong eller en gass- og støvskive i bane rundt seg, eller at dens magnetfelt er usedvanlig sterkt.

[5] Det modellerte systemet inneholder en AGB-stjerne som gjennomgår en termisk puls, samt en mindre ledsager. I simuleringen er avstanden mellom de to stjernene satt til 60 astronomiske enheter (dvs. 60 ganger avstanden mellom Sola og Jorda), mens den samlede massen er spesifisert å være to solmasser. Omløpsperioden er 350 år.

Mer informasjon

Denne studien presenteres i en forskningsartikkel i tidsskriftet Nature: "Unexpectedly large mass loss during the thermal pulse cycle of the red giant star R Sculptoris" av Maercker et al.

Forskerteamet består av M. Maercker (ESO; Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Tyskland), S. Mohamed (Argelander Institute for Astronomy; South African Astronomical Observatory, Sør-Afrika), W. H. T. Vlemmings (Onsala Space Observatory, Chalmers University of Technology, Onsala, Sverige), S. Ramstedt (Argelander Institute), M. A. T. Groenewegen (Royal Observatory of Belgium, Brussels, Belgia), E. Humphreys (ESO), F. Kerschbaum (Department of Astronomy, University of Vienna, Østerrike), M. Lindqvist (Onsala Space Observatory), H. Olofsson (Onsala Space Observatory), C. Paladini (Department of Astronomy, University of Vienna, Østerrike), M. Wittkowski (ESO), I. de Gregorio-Monsalvo (Joint ALMA Observatory, Chile) og L. A. Nyman (Joint ALMA Observatory).

I 2012 feirer European Southern Observatory (ESO) 50-årsjubileum. ESO er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 15 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal driver ESO Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskop. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er den europeiske partner i et revolusjonerende teleskop kalt ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. ESO planlegger for tiden et ekstremt stort optisk/nær-infrarødt teleskop som har fått betegnelsen E-ELT: European Extremely Large Telescope. Med en speildiameter på rundt 39 meter vil dette bli det største "øye" i verden som skuler opp på himmelen.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) er et internasjonalt samarbeid mellom Europa, Nord-Amerika og Øst-Asia, i samarbeid med Chile. ALMA er i Europa finansiert av ESO, i Nord-Amerika av det amerikanske National Science Foundation (NSF) i samarbeid med National Research Council of Canada (NRC) og National Science Council of Taiwan (NSC). I Øst-Asia er ALMA finansiert av National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbeid med Academia Sinica (AS) i Taiwan. Byggingen og driften av ALMA ledes i Europa av ESO, i Nord-Amerika av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som styres av Associated Universities Inc. (AUI), og i Øst-Asia av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Joint ALMA Observatory (JAO) står for den overordnede ledelse og administrasjon av byggefasen, oppdragstildeling og drift av ALMA.

ALMA-observatoriet vil bli innviet 13. mars 2013.

Linker

Kontakter

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Matthias Maercker
ESO ALMA Cofund Fellow
Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Germany
Tlf.: +49 228 735768
Mob.: +49 176 706 21 632
E-post: maercker@astro.uni-bonn.de

Wouter Vlemmings
Onsala Space Observatory
Chalmers University of Technology, Sweden
Tlf.: +46 31 772 5509
Mob.: +46 733 544 667
E-post: wouter.vlemmings@chalmers.se

Shazrene S. Mohamed
Postdoctoral Research Fellow
South African Astronomical Observatory, Cape Town, South Africa
Tlf.: +27 21 447 0025 ext 7025
Mob.: +27 729 661 707
E-post: shazrene@saao.ac.za

Douglas Pierce-Price
Public Information Officer, ESO
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6759
E-post: dpiercep@eso.org

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1239 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO. Norske kontakter er astronomene Jan-Erik Ovaldsen og Andreas O. Jaunsen. Pressemeldingen er oversatt av JEO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1239no
Navn:R Sculptoris
Type:• Milky Way : Star : Type : Variable
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2012Natur.490..232M

Bilder

Den merkelige spiralen, oppdaget med ALMA, rundt den røde kjempestjernen R Sculptoris
Den merkelige spiralen, oppdaget med ALMA, rundt den røde kjempestjernen R Sculptoris
Den røde kjempestjernen R Sculptoris i stjernebildet Billedhuggeren
Den røde kjempestjernen R Sculptoris i stjernebildet Billedhuggeren
Vidvinkelbilde av himmelen rundt den røde kjempestjernen R Sculptoris
Vidvinkelbilde av himmelen rundt den røde kjempestjernen R Sculptoris

Videoer

Snitt gjennom ALMAs 3D-modell av materialet omkring den røde kjempestjernen R Sculptoris
Snitt gjennom ALMAs 3D-modell av materialet omkring den røde kjempestjernen R Sculptoris
Snitt gjennom en 3D-modell av materialet omkring den røde kjempestjernen R Sculptoris
Snitt gjennom en 3D-modell av materialet omkring den røde kjempestjernen R Sculptoris
Zoom inn på den røde kjempestjernen R Sculptoris
Zoom inn på den røde kjempestjernen R Sculptoris
Utviklingen til materialet rundt den gamle stjernen R Sculptoris over 2000 år (datamodell)
Utviklingen til materialet rundt den gamle stjernen R Sculptoris over 2000 år (datamodell)

Se også