Pressmeddelande

Hemligheten bakom en åldrande stjärnas viktförlust avslöjad

Jättestjärnas bantningskur avslöjad

25 november 2015

Med hjälp av ESO:s Very Large Telescope (VLT) har astronomer tagit den mest detaljerade bilden hittills av hyperjättestjärnan VY Canis Majoris. Observationerna visar hur de oväntat stora stoftkorn som omger stjärnan hjälper den att förlora stora mängder materia när den går mit sin död. Det är först nu som forskare förstår denna process, som är nödvändig för att förbereda sådana gigantiska stjärnor inför ett explosivt slut som en supernova.

VY Canis Majoris är sannerligen en stjärnornas koloss. Som en röd hyperjätte är den en av de största stjärnorna som vi känner till i Vintergatan. Den har en massa som är 30 till 40 gånger större än solens och lyser 300 000 gånger starkare. Stjärnan har expanderat enormt sedan den gått in i de sista stadierna av sitt liv – och skulle kunna omfatta Jupiters bana.

Forskarna använde instrumentet SPHERE på VLT för de nya observationerna av stjärnan. Instrumentet har ett system med adaptiv optik som korrigerar bilderna på ett sätt som överträffar tidigare system av samma typ. Detta gör att detaljer i bilder av stjärnan och dess omedelbara omgivning framträder tydligare än tidigare [1]. Nu avslöjar SPHERE tydligt hur ljuset från VY Canis Majoris lyser upp molnen av material som omger stjärnan.

Teamet utnyttjade SPHERE:s särskilda ZIMPOL-läge för att söka djupare in i hjärtat av molnen av av gas och stoft som omringar stjärnan. Men de kunde också se hur stjärnljuset spreds och polariserades av det omgivande materialet. Dessa mätningarna var nyckeln till att upptäcka stoftkornens svårfångade egenskaper.

Noggrann analys av polarisationsmätningarna avslöjade att stoftkornen är jämförelsevis stora, 0,5 mikrometer tvärs över. Det kan tyckas litet, men dessa stoftkorn är cirka 50 gånger större än kornen som normalt finns i den interstellära rymden.

När massiva stjärnor expanderar kastar de ut stora mängder av material – varje år förlorar VY Canis Majoris omkring 30 gånger jordens massa från sin yta i form av stoft och gas. Detta moln av material kastas utåt innan stjärnan exploderar, och förstörs en del av stoftet, och resten försvinner ut i rymden. Tillsammans med de tyngre grundämnen som bildas under supernovaexplosionen används detta material av nästa generation av stjärnor för att skapa planeter.

Fram tills nu har orsaken till varför materialet i dessa jättestjärnors övre atmosfär drivs ut i rymden innan värden exploderar förblivit ett mysterium. Det har alltid verkat vara stjärnornas strålningstryck, kraften som kommer från stjärnljuset, som är den mest troliga mekanismen. Eftersom detta tryck är väldigt svagt krävs det stora korn av damm för att säkerställa en tillräckligt bred yta för att det ska kunna ha en märkbar effekt [2].

Peter Scicluna, från Academia Sinica-institutet för Astronomi och Astrofysik i Taiwan, är förstaförfattare till forskningsartikeln.

– Massiva stjärnor lever korta liv. När de närmar sig slutet av sina liv förlorar de stora mängder av sin massa. Förr i tiden kunde vi bara teorisera hur detta gick till. Men nu med våra nya SPHERE-data har vi upptäckt stora stoftpartiklar omkring denna hyperjätte. Dessa är stora nog för att stjärnans intensiva strålningstryck ska kunna trycka bort stoftpartiklarna, vilket förklarar stjärnans hastiga massförlust.

De stora stoftpartiklarna som observerats så nära till stjärnan gör att molnet effektivt kan sprida stjärnans synliga ljus och därmed drivas bort av stjärnans strålningstryck. Storleken hos molnets stoftpartiklar betyder att mycket av det kan komma att klara sig undan strålningen som produceras av VY Canis Majoris när den möter sitt oundvikliga, dramatiska öde som en supernova [3]. Detta stoft blandas sedan med det omgivande interstellära materialet, vilket föder så småningom framtida generationerna av stjärnor och uppmuntrar dem att bilda planeter.

Noter

[1] SPHERE/ZIMPOL använder sig av extremt adaptiv optik för att skapa diffraktionsbegränsade bilder. Instrumentet som kommer mycket närmare än tidigare instrument i sitt slag att uppnå den teoretiska gränsen hos teleskop utan de störande effekterna från en atmosfär. Tack vare tekniken extrem adaptiv optik kan man dessutom se mycket ljussvagare objekt som befinner sig väldigt nära en ljusstark stjärna.

Bilderna i denna nya studie har också tagits i synligt ljus – kortare våglängder än de kortvågiga infraröda våglängderna där merparten av tidigare observationer med adaptiv optik utförts. Dessa två faktorer innebär betydligt skarpare bilder än tidigare VLT-observationer producerat. Ännu högre spatial upplösning har uppnåtts med VLTI, men bilder som skapas med interferometern skiljer sig avsevärt från direkta bilder såsom fotografier.

[2] Stoftpartiklarna måste vara tillräckligt stora för det ska kunna drivas bort av stjärnljuset, men inte för stort så att det helt enkelt sjunker. Om partiklarna är för små, passerar stjärnljuset effektivt genom stoftpartiklarna; för stora och de är alltför tunga. Stoftet som teamet observerade omkring VY Canis Majoris har precis rätt storlek så att det effektivt drivs utåt av stjärnljuset.

[3] Explosionen kommer snart, i astronomiska mått mätt, men det finns ingen anledning till oro, eftersom denna dramatiska händelse kommer dröja ytterligare några hundratusentals år. Det kommer bli en spektakulär syn från jorden – kanske lika ljus som månen – men utgör ingen fara för livet här.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en artikel med titeln “A scattered-radiation-driven outflow from the extreme red supergiant VY Canis Majoris”, av P. Scicluna m. fl., i tidsskriften Astronomy & Astrophysics.

Teamet består av P. Scicluna (Academia Sinica-institutet för Astronomi och Astrofysik, Taiwan), R. Siebenmorgen (ESO, Garching, Tyskland), J. Blommaert (Vrije Universiteit, Brussels, Belgien), M. Kasper (ESO, Garching, Tyskland), N.V. Voshchinnikov (St. Petersburgs universitetet, St. Petersburg, Ryssland), R. Wesson (ESO, Santiago, Chile) och S. Wolf (Kiels universitet, Kiel, Tyskland).

Länkar

• Forskningsartikeln
• Länk till en ESOcast på ämnet polarimetri
• Bilder på VLT

Kontakter

Peter Scicluna
Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics
Taiwan
Tel: +886 (02) 2366 5420
E-post: peterscicluna@asiaa.sinica.edu.tw

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media