Komunikat prasowy

Gigantyczne bąble na powierzchni czerwonego olbrzyma

20 grudnia 2017

Astronomowie wykorzystali należący do ESO teleskop VLT do pierwszych bezpośrednich obserwacji granulacji na powierzchni gwiazdy poza Układem Słonecznym – starzejącego się czerwonego olbrzyma π1 Gruis. Nowe zdjęcie z instrumentu PIONIER ukazuje komórki konwekcyjne tworzące powierzchnię tej gigantycznej gwiazdy o średnicy 350 razy większej niż rozmiary Słońca. Każda komórka pokrywa ponad jedną czwartą średnicy gwiazdy i mierzy około 120 milionów kilometrów. Nowe wyniki zostaną opublikowane w tym tygodniu w czasopiśmie „Nature”.

Znajdująca się 530 lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Żurawia (łac. Grus), gwiazda π¹ Gruis to chłodny czerwony olbrzym. Ma mniej więcej taką samą masę jak nasze Słońce, ale jest 350 razy większa i kilka tysięcy razy jaśniejsza [1]. Słońce spuchnie i stanie się podobnym czerwonym olbrzymem za około pięć miliardów lat.

Międzynarodowy zespół astronomów, którym kierowała Claudia Paladini (ESO), użył instrument PIONIER na należącym do ESO teleskopie VLT, aby zaobserwować π¹ Gruis bardziej szczegółowo niż do tej pory. Okazało się, że powierzchnia tego czerwonego olbrzyma ma zaledwie kilka komórek konwekcyjnych (granul), z których każda ma rozmiary około 120 milionów kilometrów – około jednej czwartej średnicy gwiazdy [2]. Pojedyncza granula rozciągałaby się od Słońca poza orbitę Wenus. Powierzchnie – znane jako fotosfery —  wielu olbrzymich gwiazd są przesłonięte przez pył, który utrudnia obserwacje. Jednak w przypadku π¹ Gruis, pomimo iż pył występuje daleko od gwiazdy, nie ma znaczącego wpływu na nowe obserwacje w podczerwieni [3].

Gdy π¹ Gruis dawno temu wyczerpała wodór do spalania, ta starożytna gwiazda ukończyła pierwszą fazę swojego programu syntezy jądrowej. Skurczyła się, gdy zabrakło energii, co spowodowało, że się rozgrzała do ponad 100 milionów stopni. Tak ekstremalna temperatura umożliwiła następną fazę i rozpoczęła się fuzja helu w cięższe pierwiastki, takie jak węgiel i tlen. Intensywnie gorące jądro odrzuciło następnie zewnętrzne warstwy, powodując że gwiazda napęczniała setki razy przewyższając swój pierwotny rozmiar. Obecnie obserwujemy ją jako zmiennego czerwonego olbrzyma. Do tej pory powierzchnia żadnej z takich gwiazd nie była nigdy szczegółowo sfotografowana.

Dla porównania, fotosfera Słońca zawiera około dwa miliony komórek konwekcyjnych o średnicach typowo ponad 1500 kilometrów. Gigantyczna różnica w komórkach konwekcyjnych pomiędzy tymi dwoma gwiazdami może być wyjaśniona częściowo przez ich różną grawitację powierzchniową. π¹ ma masę około 1,5 razy większą niż masa Słońca, ale jest dużo większa, a w efekcie ma znacznie mniejszą grawitację powierzchniową i tylko kilka ekstremalnie wielkich granul.

Podczas gdy gwiazdy znacznie masywniejsze niż osiem mas Słońca kończą swój żywot w dramatycznych wybuchach supernowych, te mniej masywne stopniowo odrzucają swoje zewnętrzne warstwy, czego efektem są piękne mgławice planetarne. Wcześniejsze badania π¹ Gruis pozwoliły odkryć otoczkę materii 0,9 roku świetlnego od gwiazdy centralnej. Przypuszcza się, że materia ta została odrzucona około 20 000 lat temu. Ten względnie krótki okres w życiu gwiazdy trwa tylko kilkadziesiąt tysięcy lat – w porównaniu z całkowitym czasem życia kilku miliardów lat – a opisane obserwacje są nową metodą badania takiej przelotnej fazy czerwonego olbrzyma.

Uwagi

[1] π¹ Gruis została nazwana zgodnie z systemem nazewnictwa Bayera. W 1603 r. niemiecki astronom Johann Bayer sklasyfikował 1564 gwiazd, oznaczając je greckimi literami, po których następowała nazwa ich macierzystego gwiazdozbioru (w dopełniaczu łacińskiej nazwy). Generalnie gwiazdy otrzymywały greckie litery w kolejności jasności obserwowanej z Ziemi, najjaśniejsza była oznaczana jako alfa (α). Najjaśniejsza gwiazd w konstelacji Żurawia (Grus) to w związku z tym Alfa Gruis.

π¹ Gruis to interesująca para gwiazd o kontrastujących kolorach, które wydają się być blisko siebie na niebie. Druga z nich nosi logicznie nazwę π² Gruis. Są wystarczająco jasne, aby można je było dobrze dostrzec przez lornetkę. Thomas Brisbane stwierdził w latach 30. XIX wieku, że π¹ Gruis sama jest znacznie ciaśniejszym układem podwójnym. Annie Jump Cannon, uznana za twórczynię klasyfikacji harwardzkiej, jako pierwsza zwróciła uwagę na nietypowe widmo π¹ Gruis w 1895 r.

[2] Granule to wzory w prądach konwekcyjnych w plazmie gwiazdy. Gdy plazma nagrzewa się w centrum gwiazdy, ekspanduje i unosi się ku powierzchni, następnie ochładza się na zewnętrznych brzegach, stając się ciemniejsza i gęstsza, co powoduje ruch powrotny w stronę centrum. Proces ten trwa przez miliardy lat i odgrywa istotną rolę w wielu procesach astrofizycznych, w tym w transporcie energii, pulsacjach, wietrze gwiazdowych i pyłowych obłokach na brązowych karłach.

[3] π¹ Gruis jest jedną z najjaśniejszych członkiń rzadkiego typu S po raz pierwszy zdefiniowanego przez amerykańskiego astronoma Paula W. Merrill w celu pogrupowania razem gwiazd o podobnie nietypowym widmie. π¹ Gruis, R Andromedae i R Cygni stały się prototypami tego rodzaju gwiazd. Obecnie wiadomo, iż ich nietypowe widma są wynikiem “procesu-s” lub “procesu powolnego wychwytu neutronów” — odpowiedzialnego za tworzenie połowy pierwiastków cięższych niż żelazo.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “Large granulation cells on the surface of the giant star π¹ Gruis”, C. Paladini et al., opublikowanym 21 grudnia 2017 r. w czasopiśmie Nature.

Skład zespołu badawczego: C. Paladini (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruksela, Belgia; ESO, Santiago, Chile), F. Baron (Georgia State University, Atlanta, Georgia, USA), A. Jorissen (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruksela, Belgia), J.-B. Le Bouquin (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francja), B. Freytag (Uppsala University, Uppsala, Szwecja), S. Van Eck (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruksela, Belgia), M. Wittkowski (ESO, Garching, Niemcy), J. Hron (University of Vienna, Wiedeń, Austria), A. Chiavassa (Laboratoire Lagrange, Université de Nice Sophia-Antipolis, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Nicea, Francja), J.-P. Berger (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francja), C. Siopis (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruksela, Belgia), A. Mayer (University of Vienna, Vienna, Austria), G. Sadowski (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruksela, Belgia), K. Kravchenko (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruksela, Belgia), S. Shetye (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruksela, Belgia), F. Kerschbaum (University of Vienna, Vienna, Austria), J. Kluska (University of Exeter, Exeter, UK) oraz S. Ramstedt (Uppsala University, Uppsala, Szwecja).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa w Nature
• Zdjęcia VLT
• Więcej informacji o VLTI

Kontakt

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
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych

Jest to tłumaczenie Komunikatu prasowego ESO eso1741