Lehdistötiedote

Jättikuplia punaisen jättiläistähden pinnalla

20. joulukuuta 2017

ESO:n VLT-teleskooppia käyttäneet tähtitieteilijät ovat ensimmäistä kertaa havainneet suoraan granulaatiorakenteita aurinkokunnan ulkopuolisen tähden, ikääntyvvän punaisen jättiläisen π1 Gruis pinnalla. Tämä PIONIER-havaintolaitteen uusi merkittävä kuva paljastaa tämän valtavan, halkaisijaltaan 350 Auringon kokoisen tähden pinnan koostavat konvektiosolut. Kukin solu kattaa yli neljänneksen tähden halkaisijasta ja on kooltaan noin 120 miljoonaa kilometriä. Nämä uudet tulokset julkaistaan tällä viikolla julkaisusarjassa Nature.

Maasta 530 valovuoden etäisyydellä Kurjen tähdistössä (Grus) sijaitseva π¹ Gruis on viileä punainen jättiläinen. Sillä on jokseenkin sama massa kuin Auringolla, mutta se on 350 kertaa suurempi ja useita tuhansia kertoja kirkkaampi [1]. Aurinkomme paisuu samanlaiseksi punaiseksi jättiläistähdeksi noin viiden miljardin vuoden kuluttua.

ESO:n Claudia Paladinin johtama kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä käytti ESO:n VLT-teleskoopin PIONIER-havaintolaitetta havaitakseen tähteä π¹ Gruis tarkemmin kuin koskaan aikaisemmin. He havaitsivat, että tämän punaisen jättiläisen pinnalla on vain muutama konvektiosolu eli granula, jotka ovat halkaisijaltaan noin 120 miljoonaa kilometriä kukin eli noin neljänneksen tähden halkaisijasta [2]. Vain yksi tällainen granula ulottuisi Auringosta Venusta loitommas. Useiden jättiläistähtien fotosfääreiksi kutsutut pinnat ovat tomun peitossa, mikä haittaa havaintoja. Tähden π¹ Gruis tapauksessa kuitenkin, vaikka tomua esiintyy kaukana tähdestä, sillä ei ole merkittävää vaikutusta uusiin infrapunahavaintoihin [3].

Kun tähden π¹ Gruis vety loppui kauan sitten, tämä muinainen tähti lopetti ydinfuusio-ohjelmansa ensimmäisen vaiheen. Se kutistui energian puutteessa, mikä sai sen kuumenemaan 100 miljoonaan asteeseen. Nämä valtaisat lämpötilat käynnistivät tähden seuraavan vaiheen sen alkaessa fuusioida heliumia raskaammiksi, hiilen ja hapen kaltaisiksi atomeiksi. Tämä hyvin kuuma ydin sitten karkotti ulos tähden ulommat kerrokset saaden sen laajenemaan satoja kertoja suuremmaksi kuin sen alkuperäinen koko. Nykyään näkemämme tähti on muuttuva punainen jättiläinen. Tähän mennessä yhdenkään tällaisen tähden pintaa ei ollut kuvattu yksityiskohtaisesti.

Vertailun vuoksi, Auringon fotosfääri käsittää noin kaksi miljoonaa konvektiosolua, joiden tyypillinen halkaisija on vain 1500 kilometriä. Näiden kahden tähden konvektiosolujen valtava kokoero voidaan selittää osaltaan niiden vaihtelevalla pintagravitaatiolla. Tähti π¹ Gruis on massaltaan vain 1.5 Aurinkoa, mutta se on paljon suurempi, minkä seurauksena sillä on paljon alhaisempi pintagravitaatio ja vain muutamia äärimmäisen suuria granuloita.

Siinä missä kahdeksaa Auringon massaa suuremmat tähdet päättävät elämänsä dramaattisissa supernovaräjähdyksissä, tämänkaltaiset kevyemmät tähdet karkottavat pikkuhiljaa ulommat kaasukerroksensa, minkä seurauksena muodostuu kaunis planetaarinen sumu. Aikaisemmat tutkimukset tähdestä π¹ Gruis löysivät noin 20 000 vuotta sitten karkotetuksi uskotun materiakuoren 0.9 valovuoden etäisyydellä keskustähdestä. Tämä suhteellisen lyhyt aikajakso tähden elämässä kestää vain joitakin kymmeniä tuhansia vuosia – verrattuna useiden miljardien vuosien kokonaiselinaikaan – ja nämä havainnot paljastavat uuden menetelmän luodata tätä ohikiitävää punaisen jättiläisen vaihetta.

Lisähuomiot

[1] π¹ Gruis on nimetty käyttäen Bayerin designaatiota. Vuonna 1603 saksalainen tähtitieteilijä Johann Bayer luokitteli 1564 tähteä, nimeten ne kreikkalaisilla kirjaimilla, joita seuraa niiden emätähdistön nimi. Yleisestiottaen tähdille annettiin kreikkalainen kirjain jokseenkin sen mukaan kuinka kirkkailta ne näyttävät Maapallolta, kirkkaimman saaden kirjaimen alfa (α). Kurjen tähdistön kirkkain tähti on siten Alfa Gruis.

π¹ Gruis on toinen kahdesta erivärisestä viehättävästä tähdestä, jotka näyttävät olevan lähellä toisiaan taivaalla. Toisen nimi on luonnollisesti π² Gruis. Ne ovat riittävän kirkkaita näkyäkseen selvästi kiikareilla. Thomas Brisbane ymmärsi 1830-luvulla, että π¹ Gruis on itsessään myös paljon läheisempi kaksoistähtijärjestelmä. Tähtien luokittelujärjestelmän Harvard Classification Scheme muodostamisesta kunnian saanut Annie Cannon raportoi ensimmäisenä tähden π¹ Gruis epätavallisen spektrin vuonna 1895.

[2] Granulat ovat tähden plasman konvektiovirtausten rakenteita. Plasman kuumentuessa tähden ytimessä se laajenee ja nousee pintaan, viilenee sitten ulkoreunoiltaan, muuttuen tummemmaksi ja tiheämmäksi, ja vajoaa takaisin ytimeen. Tämä prosessi jatkuu miljardeja vuosia ja esittää pääosaa useissa astrofysikaalisissa prosesseissa, joihin sisältyvät energian kuljetus, sykkiminen, tähtituulet ja ruskeiden tähtien tomupilvet.

[3] π¹ Gruis on yksi kirkkaimmista tähdistä harvinaisessa S-luokassa, jonka määritti ensimmäisenä amerikkalainen tähtitieteilijä Paul W. Merrill kootakseen yhteen tähdet, joilla on samankaltainen, erikoinen spektri. Tähdet π¹ Gruis, R Andromedae ja R Cygni muodostuivat tämän luokan prototyypeiksi. Niiden epätavallisten spektrien tiedetään nyttemmin olevan hitaan neutronikaappauksen eli "s-prosessin" tulosta. Prosessi on vastuussa puolesta rautaa raskaampien alkuaineiden muodostumisesta.

Lisätietoa

Tätä tutkimusta on esitelty tutkimusjulkaisussa "Large granulation cells on the surface of the giant star π1 Gruis”, jonka kirjoittivat C. Paladini et al. Tutkimusjulkaisu julkaistiin julkaisusarjassa Nature 21. joulukuuta 2017.

Tutkimusryhmään kuuluvat C. Paladini (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brysseli, Belgia; ESO, Santiago, Chile), F. Baron (Georgia State University, Atlanta, Georgia, USA), A. Jorissen (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brysseli, Belgia), J.-B. Le Bouquin (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Ranska), B. Freytag (Uppsalan yliopisto, Uppsala, Ruotsi), S. Van Eck (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brysseli, Belgia), M. Wittkowski (ESO, Garching, Saksa), J. Hron (Wienin yliopisto, Wien, Itävalta), A. Chiavassa (Laboratoire Lagrange, Université de Nice Sophia-Antipolis, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Nizza, Ranska), J.-P. Berger (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Ranska), C. Siopis (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brysseli, Belgia), A. Mayer (Wienin yliopisto, Wien, Itävalta), G. Sadowski (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brysseli, Belgia), K. Kravchenko (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brysseli, Belgia), S. Shetye (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Brysseli, Belgia), F. Kerschbaum (Wienin yliopisto, Wien, Itävalta), J. Kluska (University of Exeter, Exeter, Iso-Britannia) ja S. Ramstedt (Uppsalan yliopisto, Uppsala, Ruotsi).

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 julkaisusarjassa Nature
• Valokuvia VLT-teleskoopista
• Lisätietoja VLTI:stä

Yhteystiedot

Claudia Paladini
ESO
Santiago, Chile
Sähköposti: cpaladin@eso.org

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

Fabien Baron
Georgia State University
Atlanta, Georgia, USA
Sähköposti: fbaron@gsu.edu

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 (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media

Tämä on ESO:n lehdistötiedotteen käännös eso1741.