Pressemeddelelse

Overraskende spiralstruktur set af ALMA

Nye observationer afslører en døende stjernes hemmeligheder

10. oktober 2012

Astronomer har ved hjælp af Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) opdaget en helt uventet spiralstruktur i materialet omkring den gamle stjerne R Sculptoris. Det er første gang, at en sådan struktur sammen med en ydre skal er set omkring en rød kæmpestjerne. Det er også første gang, at astronomer har kunnet få fuldstændige tredimensionelle oplysninger om en sådan spiral. Den mærkelige form er sandsynligvis blevet skabt af en skjult ledsagerstjerne, der kredser om den røde kæmpe. Det er et af de første tidlige videnskabelige resultater fra ALMA, der bliver offentliggjort. Det sker i denne uge i tidsskriftet Nature.

Ved hjælp af Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), der er det kraftigste millimeter/submillimeter teleskop i verden, har et forskerhold opdaget en overraskende spiralstruktur i gassen omkring den røde kæmpestjerne R Sculptoris [1][2][3]. Det betyder, at der sandsynligvis er en hidtil uset ledsagerstjerne, der kredser om stjernen [4]. Astronomerne var også overraskede over at opdage, at langt mere materiale end forventet, er blevet slynget væk af den røde kæmpe.

”Vi har før set skaller omkring denne type af stjerner, men det er første gang nogensinde, at vi har set en spiral af materiale, der kommer ud fra en stjerne, sammen med en omgivende skal,” siger Matthias Maercker (ESO og Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Tyskland). Han er hovedforfatteren af artiklen, der præsenterer resultaterne.

Fordi røde kæmper som R Sculptoris, udslynger store mængder materiale, bidrager de væsentligt til det støv og den gas, der udgør størsteparten af råmaterialet til dannelsen af fremtidige generationer af stjerner, planetsystemer og i sidste ende livet.

Selv i den tidlige videnskabelige fase, hvor de nye observationer blev fortaget, var ALMA langt bedre end andre submillimeter-observatorier. Tidligere observationer havde tydeligt vist en kugleformet skal rundt om R Sculptoris, men hverken spiralstrukturen eller en ledsagerstjerne var blevet fundet.

“Da vi observerede stjernen med ALMA, var ikke engang halvdelen af antennerne på plads. Det er virkelig spændende at forstille sig, hvad det fulde ALMA-anlæg vil være i stand til, når det er færdigt i 2013,“ tilføjer Wouter Vlemmings (Chalmers University of Technology, Sverige), medforfatter på undersøgelsen.

Sidst i deres liv vil stjerner, der er op til otte gange tungere end Solen, blive røde kæmpestjerner og miste en stor del af deres masse i en tæt stjernevind. Under denne fase som røde kæmpe gennemgår stjernerne også jævnligt termiske pulser. Det er korte faser med en eksplosiv  afbrænding af helium i en skal omkring stjernens kerne. En termisk puls medfører, at materiale slynges hurtigere væk fra stjernens overflade og derved danner en stor skal af støv og gas omkring stjernen. Efter pulsen vil stjernens massetab falde til sin normale værdi igen.

Termiske pulser forekommer cirka hver 10.000 til 50.000 år og varer kun et par hundrede år. De nye observationer af R Sculptoris viser, at den har oplevet en termisk puls for omkring 1800 år siden, der varede i omkring 200 år. Ledsagerstjernen formede så vinden fra R Sculptoris til en spiralstruktur. 

”Ved at udnytte ALMAs styrke til at se fine detaljer, kan vi meget bedre forstå, hvad der sker med stjerner før, under og efter den termiske puls, ved at studere formen af skallen og spiralstrukturen,” siger Maercker. ”Vi har altid forventet at ALMA vil give os et nyt syn på universet, men at opdage uventede nye ting allerede med et af de første sæt af observationer er virkelig spændende.”

For at beskrive den observerede struktur omkring R Sculptoris, har holdet af astronomer også udført computersimuleringer, for at følge udviklingen i det dobbelte stjernesystem [5]. Disse modeller stemmer meget godt overens med de nye ALMA-observationer.

”Det er virkelig en udfordring teoretisk at beskrive alle de observerede detaljer, der kommer fra ALMA, men vores computermodeller viser, at vi virkelig er på rette spor. ALMA giver os ny indsigt i hvad der sker i disse stjerner, og hvad der kan ske med Solen nogle få milliarder år fra nu,” siger Shazrene Mohamed (South Afican Astronomical Observatory), medforfatter på undersøgelsen.

”I den nærmeste fremtid, vil observationer af stjerner som R Sculptoris med ALMA, hjælpe os med at forstå, hvordan grundstofferne vi er lavet af er kommet til  steder som Jorden. De vil også give os en idé om, hvordan vores egen stjernes fremtid kan blive,” slutter Matthias Maercker. 

Noter

[1] R Sculptoris er et eksempel på en stjerne på den asymptotiske kæmpegren - en såkaldt AGB-stjerne (AGB: asymptotic giant branch). Det er stjerner, der i de sene stadier af deres liv som udgangspunkt er mellem 0,8 og 8 gange tungere end Solen. De er kolde røde kæmpestjerner med et stort massetab i form af stærke stjernevinde, og de er typisk langperiodiske variable. De består af en lille central kerne af kulstof og ilt omgivet af en helium- og brint-brændende skal, og derefter et enormt konvektionslag. Solen vil med tiden udvikle sig til en AGB-stjerne.

[2] Den udslyngede skal omkring AGB-stjerner er sammensat af gas og støvkorn. Støvkornene kan ses ved at lede efter varmestråling, der strækker sig fra det fjerninfrarøde til millimeter-bølgelængder. Ved millimeter-bølgelængder gør stråling fra CO-molekyler det muligt for astronomerne at lave detaljerede kort over strålingen fra gassen fra den stærke stjernevind skabt af AGB-stjernerne. Disse observationer er også fremragende til at kortlægge fordelingen af gas omkring disse objekter. ALMAs store følsomhed gør det muligt direkte at afbilde den støvede kondensationszone og strukturen af materialet omkring AGB-stjerner, som viser detaljer, der er mindre end 0,1 buesekund.

[3] En lignende spiral, men uden en omgivende skal, er blevet set i NASA/ESA Rumteleskopet Hubble observationer af stjernen LL Pegasi. Men i modsætning til de nye ALMA-observationer har disse data ikke gjort det muligt at studere hele den tredimensionelle struktur. Hubble-observationerne registrerer støvet og ALMA den strålingen fra molekylerne.  

[4] Usete dobbeltstjernesystemer er også blevet foreslået som en forklaring på de underlige former, der er ses hos beslægtede objekter, planetariske tåger. Efter AGB-fasen vil mellemtunge og lette stjerner (0,8-8 gange tungere end Solen) afslutte deres liv ved at danne en planetarisk tåge. Det er de glødende rester af stjernernes ydre lag af gas, slynget ud under AGB-fasen, der er ioniserede af ultraviolet stråling fra den centrale stjerne. Mange planetariske tåger har meget komplekse og varierede former. Centrale dobbeltstjernesystemer, stjerneskiver og magnetfelter er blevet forslået som den mekanisme, der producerer en sådan stor variation.

[5] Systemet, der er modelleret her, består af en primær AGB-stjerne, der er i gang med en termisk puls, samt en lille ledsagerstjerne. Adskillelsen mellem stjernerne, der anvendes i simuleringen, er 60 astronomiske enheder (AU) med en samlet masse for systemet på to gange Solens masse. Omløbstiden er 350 år.

Mere information

Disse resultater præsenteres i artiklen “Unexpectedly large mass loss during the thermal pulse cycle of the red giant star R Sculptoris ” af Maercker et al., der udkommer i tidsskriftet Nature.

Holdet består af M. Maercker (ESO; Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Tyskland), S. Mohamed (Argelander Institute for Astronomy; South African Astronomical Observatory, Sydafrika), 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, Belgien), E. Humphreys (ESO), F. Kerschbaum (Department of Astronomy, University of Vienna, Østrig), M. Lindqvist (Onsala Space Observatory), H. Olofsson (Onsala Space Observatory), C. Paladini (Department of Astronomy, University of Vienna, Østrig), M. Wittkowski (ESO), I. de Gregorio-Monsalvo (Joint ALMA Observatory, Chile) og L. A. Nyman (Joint ALMA Observatory).

I år 2012 er der 50-års jubilæum for grundlæggelsen af det Europæiske Syd Observatorium (ESO). ESO er den mest fremtrædende internationale astronomi-organisation i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. ESO har i dag følgende 15 medlemslande: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrig, Holland, Italien, Portugal, Schweiz og Storbritannien, Spanien, Sverige, Tjekkiet, Tyskland og Østrig. ESO’s aktiviteter er fokuseret på design, konstruktion og drift af jordbaserede observationsfaciliteter for at muliggøre vigtige videnskabelige opdagelser inden for astronomi. ESO spiller også en ledende rolle for at fremme og organisere samarbejdet inden for astronomisk forskning. I Chile driver ESO tre unikke observatorier i verdensklasse: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO Very Large Telescope (VLT), der er verdens mest avancerede astronomiske observatorium til observationer i synligt lys samt to kortlægningsteleskoper. VISTA arbejder i infrarødt lys og er verdens største kortlægningsteleskop, mens VLT Survey Telescope (VST) er det største teleskop, der udelukkende er bygget til at kortlægge himlen i synligt lys. ESO er den europæiske partner i et revolutionerede astronomisk teleskop kaldet ALMA, det største igangværende astronomiske projekt. ESO planlægger i øjeblikket et 40 meter optisk/nær-infrarødt teleskop kaldet European Extremely Large Telescope (E-ELT), der vil blive ”verdens største øje mod himlen”.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en international astronomifacilitet, er et partnerskab mellem Europa, Nordamerika og Østasien i samarbejde med Chile. ALMA er i Europa finansieret af Europæisk Syd Observatorium (ESO), i Nordamerika af det amerikanske National Science Foundation (NSF) i samarbejde med National Research Council of Canada (NRC) og National Science Council of Taiwan (NSC). I Østasien er ALMA finansieret af National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbejde med Academia Sinica (AS) i Taiwan. Konstruktionen og driften af ALMA ledes i Europa af ESO, i Nordamerika af National Radio Astronomy Observatory (NRAO), der styres af Associated Universities, Inc. (AUI), og i Østasien af National Astronomical Oberservatory of Japan (NAOJ). Joint ALMA Observatory (JAO) står for den samlede ledelse og overordnede styring af konstruktionen, ibrugtagningen og driften af ALMA.

ALMA-observatoriet vil blive indviet den 13. marts 2013.

Links

• Videnskabelig artikel
• Mere om ALMA hos ESO
• Joint ALMA Observatory

Kontakter

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

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

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

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

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1239 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.