Pressemeddelelse

Kæmpebobler på overfladen af rød kæmpestjerne

20. december 2017

Den aldrende røde kæmpestjerne π1 Gruis har et grovkornet mønster på sin overflade. Hver del af mønsteret fylder mere end en fjerdedel af stjernes diameter, og er omkring 120 millioner kilometer i tværmål. Det er et nyt billede fra instrumentet PIONIER, monteret på ESOs Very Large Telescope, som for første gang har afsløret detaljer på overfladen af denne enorme stjerne, som er 350 gange større end Solen. Granulationen er aldrig før observeret direkte på andre stjerner end Solen. De nye opdagelser bliver offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Nature.

Den aldrende røde kæmpestjerne π¹ Gruis har et grovkornet mønster på sin overflade. Hver del af mønsteret fylder mere end en fjerdedel af stjernes diameter, og er omkring 120 millioner kilometer i tværmål. Det er et nyt billede fra instrumentet PIONIER, monteret på ESOs Very Large Telescope, som for første gang har afsløret detaljer på overfladen af denne enorme stjerne, som er 700 gange større end Solen. Granulationen er aldrig før observeret direkte på andre stjerner end Solen. De nye opdagelser bliver offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Nature.

Stjernen π¹ Gruis er en forholdsvis kold rød kæmpestjerne, som befinder sig 530 lysår borte i retning af stjernebilledet Tranen (Grus) på sydhimlen. Den vejer omtrent det samme som Solen, men den er 700 gange større og flere tusinde gange klarere[1]. Om omkring fem milliarder år bliver vores egen stjerne til en rød kæmpestjerne af samme type.

Det er et internationalt hold astronomer ledet af Claudia Paladini (ESO), som har brugt instrumentet  PIONIER på ESOs Very Large Telescope til at observere π¹ Gruis i større detalje end nogensinde før. Resultatet er, at denne røde kæmpestjerne kun har nogle få konvektive celler, eller granuli, som hver er omkring 120 millioner kilometer i udstrækning - noget, som svarer til en fjerdedel af stjernes diameter[2]. Bare en af disse celler ville strække sig fra Solen og ud på denne side af planeten Venus. Overfladen af mange kæmpestjerner - det, som kaldes deres fotosfærer - er dækket af støv, som hæmmer observationerne. Der er også støv tilstede i tilfældet med π¹ Gruis, men det befinder sig langt fra stjernen, og det har derfor ikke større betydning på de nye infrarøde observationer[3].

Da π¹ Gruis løb tør for hydrogen i centrum som brændstof for længe siden, ophørte denne gamle stjerne med første trin af sit kernefusionsprogram. De ydre dele af stjernen udvidede sig, mens de centrale dele  skrumpede, efterhånden som energien strålede væk, og det fik stjernens indre til at blive opvarmet til over 100 millioner grader. Den ekstreme temperatur startede stjernes næste fase, hvor den begyndte at fusionere helium til tungere atomkerner, som for eksempel kulstof og oxygen. Da helium var brugt op i centrum pustede stjernen sig yderligere op til at blive hundreder af gange større end dens oprindelige størrelse. Den stjerne, som vi ser i dag er en variabel rød kæmpe. Til nu har vi ikke set overfladen af sådan en i detaljer.

Til sammenligning indeholder Solens fotosfære omkring to millioner konvektionsceller, hvor diameteren typisk er blot 1500 kilometer. Den store forskel på størrelsen af cellerne for de to stjerner kan delvist forklares ved deres forskellige tyngdekræfter på overfladen. π¹ Gruis vejer blot 1,5 gange Solens masse, men den er meget større. Det bevirker en meget mindre overfladetyngdekraft, og dermed blot nogle få, men meget store celler.

Stjerner, som er tungere end otte solmasser slutter deres liv ved dramatiske supernovaeksplosioner. Lettere stjerner som denne her kaster gradvist deres ydre lag bort, og danner de smukke planetariske tåger. Tidligere studier af π¹ Gruis har vist, at der findes en kugleskal af stof 0,9 lysår fra centralstjernen, og det menes, at den er kastet ud for omkring 20 000 år siden. Denne relativt korte periode i en stjernes liv varer blot nogle få titusinder af år. Det skal sammenlignes med totale levetider på adskillige milliarder år, og de nye observationer giver astronomerne en ny måde at studere denne korte fase i en rød kæmpes livsforløb.

Noter

[1] π¹ Gruis har sit navn fra Bayers navngivningssystem. I 1603 klassificerede den tyske astronom JOhann Bayer 1564 stjerner. Det fik et græsk bogstav som navn, efterfulgt af navnet på det stjernebillede, hvor de hører til. Som hovedregel fik stjernerne så navn i rækkefølge nogenlunde efter deres tilsyneladende lysstyrke, så  den klareste i stjernebilledet hedder alpha (α). Derfor hedder den klareste stjern i stjernebilledet Grus Alpha Gruis.

π¹ Gruis er den ene af et smukt stjernepar, som har forskellige farver, og som befinder sig tæt på hinanden på himlen. Den anden kaldes så logisk nok π² Gruis. De er klare nok til at kunne ses i en almindelig feltkikkert.Thomas Brisbane blev i 1830erne klar over, at π¹ Gruis selv er en dobbeltstjerne. Annie Jump Cannon, som var den, der udviklede Harvard Klassifikationssystemet, var den første, som rapporterede, at sptektret for π¹ Gruis er usædvanligt. Det skete i 1895.

[2] Granulationszoner skyldes konvektionsstrømme i en stjernes plasma. Når plasmaet varmes op tættere inde imod stjernens centrum, udvider det sig, og stiger op imod overfladen af stjernen. Her køler boblen ned i yderkanten, så stoffet bliver mørkere og tættere. Det får så stoffet til igen at søge ind imod centeret. Processen fortsætter i milliarder af år, og den spiller en større rolle i mange astrofysiske processer; herunder energitransport, pulseringer, stjernevinde og støvskyer i atmosfæren af brune dværge.

[3] π¹ Gruis er en af de klareste eksempler på den sjældne stjerneklasse S type, som først blev defineret af den amerikanske astronom Paul W. Merrill. Det er en samling af stjerner med usædvanlige spektrer. π¹ Gruis, R Andromedae og R Cygni blev prototyperne for denne klasse. Vi véd idag, at de usædvanlige spektrer skyldes “s-processen” - det, som også kaldes "langsom neutronindfangning" - og som er årsag til dannelsen af halvdelen af de grundstoffer, som er tungere end jern.

Mere information

Forskningsresultaterne her er offentliggjort i en artikel med titlen “Large granulation cells on the surface of the giant star π¹ Gruis”, by C. Paladini et al., som er offentliggjort i tidsskriftet Nature den 21. december 2017.

Forskerholdet består af C. Paladini (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brussels, Belgien; ESO, Santiago, Chile), F. Baron (Georgia State University, Atlanta, Georgia, USA), A. Jorissen (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brussels, Belgien), J.-B. Le Bouquin (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrig), B. Freytag (Uppsala University, Uppsala, Sverige), S. Van Eck (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brussels, Belgien), M. Wittkowski (ESO, Garching, Tyskland), J. Hron (University of Vienna, Vienna, Østrig), A. Chiavassa (Laboratoire Lagrange, Université de Nice Sophia-Antipolis, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Nice, Frankrig), J.-P. Berger (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrig), C. Siopis (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brussels, Belgien), A. Mayer (University of Vienna, Vienna, Østrig), G. Sadowski (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brussels, Belgien), K. Kravchenko (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brussels, Belgien), S. Shetye (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brussels, Belgien), F. Kerschbaum (University of Vienna, Vienna, Østrig), J. Kluska (University of Exeter, Exeter, UK) and S. Ramstedt (Uppsala University, Uppsala, Sverige).

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

• Forskningsartiklen i Nature
• Fotos af VLT
• Flere oplysninger om VLTI

Kontakter

Claudia Paladini
ESO
Santiago, Chile
E-mail: cpaladin@eso.org

Alain Jorissen
Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles
Brussels, Belgium
Tel: +32 (0) 2 6502834
E-mail: Alain.Jorissen@ulb.ac.be

Fabien Baron
Georgia State University
Atlanta, Georgia, USA
E-mail: fbaron@gsu.edu

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@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 eso1741 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.