När stjärnor tar slut på vätebränsle, lämnar de huvudsekvensfasen av sin utveckling och går in i vad som kallas Red Giant Branch (RGB)-fasen. Detta kännetecknas av att stjärnorna expanderar kraftigt och blir tiotusentals gånger större än vår sol. De blir också mörkare och svalare, vilket ger dem ett rödorange utseende (därav namnet).
Nyligen använde ett team av astronomer ESO:s Mycket stor teleskopinterferometer (VLTI) för att kartlägga en sådan stjärna, den röda superjätten Antares . På så sätt kunde de skapa den mest detaljerade kartan över en annan stjärna än vår sol. Bilderna de tog avslöjade också några oväntade saker om denna superjättestjärna, som alla kan hjälpa astronomer att bättre förstå dynamiken och utvecklingen av röda jättestjärnor.
Studien som beskriver deras arbete, med titeln ' Kraftiga atmosfäriska rörelser i den röda superjätten Supernova Progenitor Antares ', dök nyligen upp i tidskriftenNatur. Som indikeras i studien, teamet – som leddes av Keiichi Ohnaka, en docent vid UCN Institute of Astronomy i Chile = förlitade sig på VLTI vid ESO:s Paranal observatorium i Chile för att kartlägga Antares yta och mäta rörelserna av dess ytmaterial.
Konstnärens intryck av den röda superjätten Antares, belägen 550 ly bort i stjärnbilden Scorpius. Kredit: ESO/M. Kornmesser
Syftet med deras studie var att kartlägga hur stjärnor som har gått in i sin RGB-fas börjar förändras. VLTI är unikt lämpad för denna uppgift, eftersom den kan kombinera ljus från fyra olika teleskop – 8,2-meters Enhetsteleskop , eller desto mindre Hjälpteleskop – att skapa ett virtuellt teleskop som har upplösningen av en teleskoplins som mäter 200 meter i diameter.
Detta gör att VLTI kan lösa fina detaljer långt utöver vad som kan ses med ett enda teleskop. Som professor Ohnaka förklarade i en nyligen genomförd ESO pressmeddelande :
'Hur stjärnor som Antares förlorar massa så snabbt i slutfasen av sin evolution har varit ett problem i över ett halvt sekel.VLTI är den enda anläggningen som direkt kan mäta gasrörelserna i Antares utsträckta atmosfär - ett avgörande steg mot att klargöra detta problem. Nästa utmaning är att identifiera vad som driver de turbulenta rörelserna.'
För sin studie förlitade sig teamet på tre av VLTI Auxiliary Telescopes och ett instrument som heter Astronomisk Multi-BEam combineR (BÄRNSTEN). Detta nära-infraröda spektro-interferometriska instrument kombinerar tre teleskopiska strålar koherent, vilket gör det möjligt för astronomer att mäta synlighet och stängningsfaser för stjärnor. Med hjälp av dessa instrument fick teamet bilder av Antares yta över ett litet intervall av infraröda våglängder.
Utifrån dessa kunde teamet beräkna skillnaden mellan hastigheten för atmosfärisk gas på olika platser på Antares yta, såväl som dess medelhastighet över hela ytan. Detta resulterade i en tvådimensionell hastighetskarta över Antares, som är den första sådan karta skapad av en annan stjärna än solen. Som nämnts är det också den mest detaljerade kartan över alla stjärnor bortom vårt solsystem hittills.
Studien gjorde också några intressanta upptäckter av vad som sker på Antares yta och i dess atmosfär. Till exempel hittade de bevis för höghastighetsuppströmningar av gas som nådde avstånd på upp till 1,7 solradier ut i rymden – mycket längre än tidigare trott. Detta, hävdade de, kunde inte förklaras av enbart konvektion, processen där kallt material rör sig nedåt och varmt material uppåt i ett cirkulärt mönster.
Denna process sker på jorden i atmosfären och med havsströmmar, men den är också ansvarig för att flytta fickor av varmare och kallare gas runt i stjärnorna. Det faktum att konvektion inte kan förklara beteendet hos Antares utsträckta atmosfär skulle därför tyda på att någon ny och oidentifierad process som är gemensam för röda jättestjärnor måste vara ansvarig.
Dessa resultat erbjuder därför nya möjligheter för forskning om stjärnutveckling, som är möjlig tack vare nästa generations instrument som VTLI. Som Ohnaka avslutade:
Den här typen av forskning förbättrar inte bara vår förståelse av stjärnor bortom vårt solsystem, den låter oss veta vad vi kan förvänta oss när vår sol lämnar sin huvudsekvensfas och börjar expandera till en röd jätte. Även om den dagen är miljarder år bort och vi inte kan vara säkra på att mänskligheten ens kommer att finnas kvar vid den tiden, är det viktigt att känna till mekaniken bakom stjärnutvecklingen för vår förståelse av universum. Det lönar sig att veta att även efter att vi är borta kan vi förutse vad som fortfarande kommer att finnas här och hur länge. Se till att kolla in den här 3D-animationen av Antares, med tillstånd av ESO:'I framtiden kan denna observationsteknik tillämpas på olika typer av stjärnor för att studera deras ytor och atmosfärer i oöverträffad detalj. Detta har hittills varit begränsat till bara solen. Vårt arbete för stjärnastrofysik till en ny dimension och öppnar ett helt nytt fönster för att observera stjärnor.'