Komunikat prasowy

Gwiezdny motyl wychodzi ze swojego pyłowego kokonu

SPHERE ukazuje najwcześniejsze stadium powstawania mgławicy planetarnej

10 czerwca 2015

Jedno z najbardziej wyraźnych zdjęć wykonanych do tej pory za pomocą należącego do ESO teleskopu VLT pokazało po raz pierwszy obiekt, który wydaje się starzejącą gwiazdą, z której powstaje mgławica planetarna podobna do motyla. Obserwacje czerwonego olbrzyma L2 Puppis, w trybie ZIMPOL nowo zainstalowanego instrumentu SPHERE, pokazały także wyraźnie obecność drugiego, bliskiego obiektu. Etapy umierania gwiazd nadal mają dla astronomów wiele zagadek, a pochodzenie tego typu dwubiegunowych mgławic, z ich skomplikowanymi i intrygującymi kształtami klepsydr, jeszcze więcej.

Znajdująca się w odległości 200 lat świetlnych gwiazda L2 Puppis jest jednym z najbliższych Ziemi spośród znanych czerwonych olbrzymów, który wkracza w końcowe stadia swojego życia. Nowe obserwacje w trybie ZIMPOL instrumentu SPHERE zostały wykonane w zakresie widzialnym, przy wykorzystaniu silnej optyki adaptatywnej, która koryguje obrazy w znacznie lepszym stopniu niż standardowa optyka adaptatywna, pozwalając na szczegółowe dostrzeżenie słabych obiektów i struktur w pobliżu jasnych źródeł światła. Są to pierwsze opublikowane wyniki z tego trybu i najbardziej dokładne dla tego rodzaju gwiazdy.

ZIMPOL może tworzyć obrazy, które są trzykrotnie ostrzejsze niż z należącego do NASA/ESA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, a nowe obserwacje w najdrobniejszych szczegółach pokazują pył, który otacza L2 Puppis [1]. Potwierdzają wcześniejsze badania wykonane za pomocą NACO, że pył jest zgromadzony w dysku widoczny z Ziemi prawie dokładnie z brzegu (w płaszczyźnie), ale dają znacznie lepszy obraz. Informacje o polaryzacji z ZIMPOL pozwoliły zespołowi stworzyć trójwymiarowy model struktur pyłu [2].

Astronomowie stwierdzili, że pyłowy dysk zaczyna się około 900 milionów kilometrów od gwiazdy – nieco dalej niż odległość Jowisza od Słońca – i odkryli, że rozciąga się zewnątrz, otaczając gwiazdę i tworząc symetryczne, lejkowate kształty. Badacze zaobserwowali także drugie źródło światła około 300 milionów kilometrów od L2 Puppis – czyli dwa razy dalej niż dystans Ziemi od Słońca. Jest to bardzo bliska gwiazdowa towarzyszka, która prawdopodobnie jest kolejnym czerwonym olbrzymem o nieco mniejszej masie i mniej wyewoluowanym.

Połączenie wielkiej ilości pyłu otaczającego powoli umierającą gwiazdę oraz istnienia towarzyszącej gwiazdy oznacza, że jest to dokładnie typ systemu przewidywany jako konieczny do wytworzenia dwubiegunowej mgławicy planetarnej. Te trzy elementy wydają się niezbędne, ale potrzeba także znacznej ilości szczęścia, aby z zapylonej poczwarki doprowadziły do wytworzenia gwiezdnego motyla.

Główny autor artykułu, Pierre Kervella, wyjaśnia: „Pochodzenie dwubiegunowych mgławic planetarnych jest jednym z największych klasycznych problemów współczesnej astrofizyki, szczególnie pytanie w jaki dokładnie sposób gwiazdy zwracają swój cenny ładunek metali z powrotem w przestrzeń kosmiczną – jest to ważny proces, ponieważ to właśnie ta materia będzie w przyszłości użyta do wytworzenia kolejnych generacji systemów planetarnych.”

Oprócz szerokiego dysku L2 Puppis, zespół znalazł także dwa stożki materii, które wznoszą się prostopadle do dysku. Co ważne w tych stożkach dostrzegli dwa długie, powoli wijące się pióropusze materii. Z analizy punktów źródłowych stożków badaczce wydedukowali, że jeden jest prawdopodobnie efektem oddziaływań pomiędzy materią z L2 Puppis, a wiatrem drugiej gwiazdy i ciśnieniem promieniowania, natomiast drugi przypuszczalnie pochodzi od zderzenia pomiędzy wiatrami gwiazdowymi obu gwiazd, albo jest rezultatem występowania dysku akrecyjnego wokół drugiej gwiazdy.

Chociaż wiele pozostaje niewyjaśnione, funkcjonują dwie główne teorie na temat dwubiegunowych mgławic planetarnych, obie bazujące na układach podwójnych gwiazd [3]. Nowe obserwacje sugerują, że oba procesy występują wokół L2 Puppis, przez co bardzo prawdopodobne wydaje się, że para gwiazd wytworzy za jakiś czas „motyla”.

Pierre Kervella podsumowuje: "Przy okresie obiegu drugiej gwiazdy okrążającej L2 Puppis wynoszącym zaledwie kilka lat, spodziewamy się zobaczyć w jaki sposób gwiazdowa towarzyszka kształtuje dysk czerwonego olbrzyma. Będzie możliwe śledzenie na żywo ewolucji struktur pyłowych wokół gwiazdy – to niezwykle rzadka i interesująca perspektywa.”

Uwagi

[1] SPHERE/ZIMPOL korzysta z ekstremalnej optyki adaptatywnej do tworzenia obrazów ograniczonych tylko limitem dyfrakcyjnym, które są znacznie bliżej niż poprzednie instrumenty optyki adaptatywnej w stosunku do osiągnięcia teoretycznej granicy dla teleskopu, gdyby nie było atmosfery. Ekstremalna optyka adaptatywna pozwala także na zobaczenie w pobliżu jasnej gwizdy znacznie słabszych obiektów. Oprócz tego zdjęcia są wykonywane w zakresie widzialnym – na falach krótszych niż zakres bliskiej podczerwieni, w którym wykonywano większość wcześniejszych obserwacji z użyciem optyki adaptatywnej. Te dwa czynniki skutkują znacznie ostrzejszymi obrazami niż na poprzednich zdjęciach z VLT. Jeszcze lepszą rozdzielczość uzyskuje się w przypadku VLTI, ale interferometr nie daje bezpośrednich obrazów.

[2] Pył w dysku jest bardzo skuteczny w rozpraszaniu światła w kierunku Ziemi i jego polaryzowaniu, cechy, której naukowcy mogą użyć do stworzenia trójwymiarowej mapy otoczki, korzystając zarówno z danych z ZIMPOL, jak i NACO oraz z modelu dysku bazującego na narzędziu do modelowania transferu promieniowania RADMC-3D, korzystającego z zadanego zestawu parametrów dla pyłu do symulowania propagacji w nim fotonów.

[3] Pierwsza z teorii sugeruje, że pył produkowany przez wiatr gwiazdowy głównej, umierającej gwiazdy, jest ograniczony do orbity w kształcie pierścienia wokół gwiazdy na skutek oddziaływania wiatru gwiazdowego i ciśnienia promieniowania wytwarzanego przez drugą gwiazdę. Dalsza utrata masy przez główną gwiazdę jest tunelowana, albo kolimowana, przez dysk, zmuszając materię do poruszania się na zewnątrz w dwóch przeciwnych kolumnach prostopadłych do dysku.

Druga teoria zakłada, że większość materii wyrzuconej przez umierającą gwiazdę jest akreowana przez jej towarzyszkę, która zaczyna formować dysk akrecyjny i parę potężnych dżetów. Pozostała materia jest odpychana przez wiatr gwiazdowy umierającej gwiazdy, tworząc otaczający obłok gazu i pyłu, tak jak to zazwyczaj zachodzi w przypadku pojedynczego systemu gwiazdowego. Nowo utworzone dwubiegunowe dżety towarzyszącej gwiazdy, poruszają się ze znacznie większą siłą niż wiatr gwiazdowy umierającej gwiazdy i rzeźbią podwójne wgłębienia w otaczającym pyle, co skutkuje charakterystycznym wyglądem dwubiegunowej mgławicy planetarnej.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt.: “The dust disk and companion of the nearby AGB star L2 Puppis”, P. Kervella, et al., który ukaże się 10 czerwca 2015 r. w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.

Skład zespołu badawczego: P. Kervella (Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, CNRS/INSU, Francja; Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile; LESIA Observatoire de Paris, CNRS, UPMC; Université Paris-Diderot, Meudon, Francja), M. Montargès (LESIA, Francja;  Institut de Radio-Astronomie Millimétrique, St Martin d’Hères, Francja), E. Lagadec (Laboratoire Lagrange, Université de Nice-Sophia Antipolis, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Nice, Francja), S. T. Ridgway (National Optical Astronomy Observatories, Tucson, Arizona, USA), X. Haubois (ESO, Santiago, Chile), J. H. Girard (ESO, Chile), K. Ohnaka (Instituto de Astronomía, Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chile), G. Perrin (LESIA, France) oraz A. Gallenne (Universidad de Concepción, Departamento de Astronomía, Concepción, Chile).

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 E-ELT (European Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Kontakt

Pierre Kervella
Departamento de Astronomía, Universidad de Chile
Santiago, Chile
Tel. kom.: +33 628 076 550
E-mail: pierre.kervella@obspm.fr

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