Pressmeddelande

Jättestjärnas yta täcks av jättebubblor

20 december 2017

Med hjälp av ESO:s Very Large Telescope har astronomer för första gången kunnat direkt observera granulationsmönster hos en stjärna utanför solsystemet. I en spännande och ovanlig ny bild från instrumentet PIONIER avslöjas de konvektiva cellerna som utgör ytan hos den åldrande röda jättestjärnan π1 Gruis. Stjärnans diameter är mer än 350 gånger solens, och varje cell i mönstret är cirka 120 miljoner kilometer tvärsöver, mer än en fjärdedel av stjärnans diameter. Forskningsresultaten publiceras i veckans nummer av tidskriften Nature.

Den svala röda jättestjärnan π1 Gruis ligger 530 ljusår från jorden i stjärnbilden Tranan. Den har ungefär samma massa som solen men är 350 gånger större och lyser flera tusen gånger starkare [1]. Om cirka fem miljarder år kommer också vår sol att svälla upp och bli en röd jättestjärna.

Ett internationellt forskarlag som leds av Claudia Paladini (ESO) har använt instrumentet PIONIER på ESO:s Very Large Telescope för att observera π1 Gruis i mer detalj än som tidigare varit möjligt. De upptäckte att ytan hos denna röda jättestjärna består av bara några få konvektionsceller, så kallade granuler, som vardera är cirka 120 miljoner kilometer tvärs över. Varje granul täcker ungefär en fjärdedel av stjärnans diameter [2], vilket också är längre än avståndet mellan solen och Venus. Hos många jättestjärnor är ytan, eller närmare bestämd fotosfären, svår att studera på grund av stoft och damm som skymmer sikten. Men det stoft som ligger nära π1 Gruis är tillräckligt långt ifrån stjärnan för att inte nämnvärt påverka de aktuella observationerna, som också gjorts i infrarött ljus [3].

För länge sedan hade π1 Gruis stora reserver av väte som bränsle. När de tog slut avslutades det första stadiet av stjärnans kärnfusionsprogram. På grund av energibristen krympte stjärnan, vilket i sin tur gjorde att den värmdes upp till mer än 100 miljoner grader. Dessa extrema temperaturer höll stjärnan igång under sin nästa fas då den smälte samman atomer av helium till tyngre grundämnen som kol och syre. Den intensivt varma kärnan kastade sedan ut stjärnans yttre lager, och stjärnan blåstes upp till flera hundra gånger sin ursprungliga storlek. Den stjärna vi ser idag är en föränderlig, eller variabel, röd jättestjärna. Det är först nu som ytan hos en av denna typ av stjärnor har kunnat avbildas.

I solens fotosfär ingår cirka två miljoner konvektiva celler som vardera är runt 1500 kilometer tvärsöver. Den enorma skillnaden i storlek hos de konvektiva cellerna i solen och π1 Gruis kan delvis förklaras av att de har mycket olika starka ytgravitation. π1 Gruis massa är bara 1,5 gånger solens men är samtidigt mycket större. Därför är dess ytgravitation desto lägre och och har bara några få men extremt stora granuler.

Stjärnor som är mer än åtta gånger solens massa avslutar sina liv i dramatiska supernovaexplosioner. Lättare stjärnor som denna kastar istället långsamt ut sina yttre lager, vilket resulterar i vackra planetariska nebulosor. I tidigare studier av π1 Gruis upptäcktes ett skal av material 0,9 ljusår ut från den centrala stjärnan, och som forskare tror kastades ut från stjärnan för cirka 20 000 år sedan. Denna relativt korta tidsperiod i en stjärnas liv varar i bara några få tiotusentals år, vilket kan jämföras med dess totala livslängd på flera miljarder år. Dessa observationer har nu visat upp ett nytt sätt att undersöka denna kortvariga fas en stjärnas liv.

Noter

[1] π1 (uttalas pi-ett) Gruis är en så kallad Bayer-beteckning. När den tyske astronomen Johann Bayer år 1603 klassificerade 1564 stjärnor gav han de en grekisk bokstav som namn, tillsammans med namnet på stjärnbilden som de ingick i. De ljusare stjärnorna i varje stjärnbild fick i allmänhet bokstäverna i början av det grekiska alfabetet, och den ljusaste stjärnan fick beteckningen Alfa (α). I Tranan heter den ljusaste stjärnan därför Alpha Gruis.

π1 Gruis är den ena i ett vackert stjärnpar med kontrasterande färger som ligger nära varandra på stjärnhimlen; den andra heter givetvis π2 Gruis. De är tillräckligt ljusa för att kunna ses genom fältkikare. På 1830-talet insåg Thomas Brisbane att π1 Gruis själv var en dubbelstjärna. Först att rapportera stjärnans underliga spektrum var Annie Jump Cannon, astronomen bakom Harvardklassifikationen.

[2] Granuler är mönster som skapas på en stjärnas yta tack vare konvektionsströmmar. När plasma i stjärnans mitt hettas upp expanderar den och lättar mot ytan. Där svalnar den och blir mörkare och tätare, och sjunker sedan igen mot mitten. Processen fortsätter i miljardtals år och spelar en viktig roll i många astrofysikaliska processer, bland dem strålningstransport, pulsationer, stjärnvindar och på bruna även stoftmolnbildning.

[3] π1 Gruis är en av de ljusaste bland en sällsynt typ av stjärna, så kallade S-stjärnor. De definierades först av den amerikanske astronomen Paul W. Merrill för stjärnor vars ovanliga spektra liknar varandra. π1 Gruis, R Andromedae och R Cygni blev prototyper för den nya stjärntypen. Deras ovanliga spektra vet man nu beror på förekomsten av grundämnen som skapas i den så kallade “s-processen” där s:et står för “slow” och syftar på långsammare neutroninfångning. Processen kan vi tacka för hälften av grundämnen som är tyngre än järn.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “Large granulation cells on the surface of the giant star π1 Gruis” av C. Paladini m. fl., som publiceras i tidskriften Nature den 21 december 2017.

Forskarlaget består av C. Paladini (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bryssel, Belgien; ESO, Santiago, Chile), F. Baron (Georgia State University, Atlanta, Georgia, USA), A. Jorissen (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bryssel, Belgien), J.-B. Le Bouquin (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrike), Bernd Freytag (Uppsala universitet, Uppsala, Sverige), S. Van Eck (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bryssel, Belgien), M. Wittkowski (ESO, Garching, Tyskland), J. Hron (Wiens universitet, Wien, Österrike), A. Chiavassa (Laboratoire Lagrange, Université de Nice Sophia-Antipolis, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Nice, Frankrike), J.-P. Berger (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrike), C. Siopis (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bryssel, Belgien), A. Mayer (Wiens universitet, Wien, Österrike), G. Sadowski (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bryssel, Belgien), K. Kravchenko (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bryssel, Belgien), S. Shetye (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bryssel, Belgien), F. Kerschbaum (Wiens universitet, Wien, Österrike), J. Kluska (University of Exeter, Exeter, Storbritannien) och Sofia Ramstedt (Uppsala universitet, Uppsala, Sverige).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 16 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

●       Forskningsartikeln i Nature

●       Foton av VLT

●       Mer information om VLTI

Kontakter

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

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

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

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

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1741 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.