Astronomowie sfilmowali powierzchnię gwiazdy R Doradus

Naukowcom udało się nagrać bulgoczącą powierzchnię olbrzymiej gwiazdy R Doradus. Wykorzystali do tego sieć radioteleskopów ALMA. Wyniki zaprezentowano w "Nature", a także na stronach Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO).
Spośród gwiazdy obserwacje ruchów materii na powierzchni dotyczyły do tej pory jedynie Słońca. Dla niektórych dużych i bliskich gwiazd udaje się uzyskiwać obrazy powierzchni dzięki interferometrii, ale nie aż tak dokładnie, jak w najnowszych badaniach, które przeprowadził zespół profesora Woutera Vlemmingsa z Chalmers University of Technology (Szwecja).
Jako obiekt badań wybrano gwiazdę R Doradus, czerwonego olbrzyma o średnicy 350 razy większej niż Słońca, odległego od nas o 180 lat świetlnych oraz widocznego na niebie w gwiazdozbiorze Złotej Ryby. Gwiazda jest olbrzymia i względnie bliska, zatem to doskonały cel do próby zbadania jej powierzchni. Na dodatek jest w fazie ewolucji, w którą Słońce wejdzie za pięć miliardów lat, a więc badamy w ten sposób także przyszłość naszej rodzimej gwiazdy.
Instrumentem potężnym na tyle, aby podołać zadaniu okazała się sieć radioteleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Jest to zespół 66 anten radiowych rozmieszczonych na płaskowyżu Chajnantor w północnym Chile. Projekt ALMA to międzynarodowe przedsięwzięcie Europy, Ameryki Północnej i Azji Wschodniej. Europę reprezentuje w nim Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), którego z kolei członkiem jest Polska.
W obserwacjach R Doradus z lipcu i sierpnia 2023 roku dostrzeżono gigantyczne bąble gorącego gazu o rozmiarach 75 razy większych niż Słońce. Co więcej, udało się prześledzić jak pojawiają się na powierzchni i jak potem znikają we wnętrzu gwiazdy w zjawisku zwanym konwekcją.
Gwiazdy wytwarzają energię w swoich wnętrzach w procesach fuzji jądrowej. Energia ta może być unoszona w kierunku powierzchni gwiazdy w wielkich, gorących bąblach gazu. Bąble te następnie ulegają ochłodzeniu i poruszają się z powrotem w dół. Jako przykład tego zjawiska wskazano w komunikacie ESO lampę lawową. Proces konwekcji, oprócz transportu energii, powoduje także przemieszczenie ciężkich pierwiastków powstałych we wnętrzu gwiazdy, takich jak węgiel i azot. Na dodatek mechanizm ten odpowiada za za wiatry gwiazdowe, które w dalszej kolejności unoszą takie pierwiastki w przestrzeń kosmiczną. Cykle ten wzbogaca materię międzygwiazdową, z której formują się kolejne generacje gwiazd i planet.
Konwekcja tworzy piękną ziarnistą strukturę na powierzchni Słońca, ale trudno ją dostrzec na innych gwiazdach. Dzięki ALMA jesteśmy teraz w stanie nie tylko bezpośrednio zobaczyć granule konwekcyjne – o rozmiarach 75 razy większych niż nasze Słońce! – ale także zmierzyć po raz pierwszy, jak szybko się poruszają - tłumaczy Theo Khouri z Chalmers University of Technology w Szwecji, współautor badań.
Ustalono, iż granule na powierzchni R Doradus poruszają się w cyklu jednomiesięcznym. Jest to szybciej niż przypuszczano na podstawie wiedzy o konwekcji na Słońcu. Na razie nie wiadomo, jaka jest przyczyna rozbieżności, ale być może konwekcja zależy od tego, w jakim wieku jest gwiazda.
Więcej informacji:
- Komunikat ESO: Astronomowie śledzą bąble na powierzchni gwiazdy w najbardziej szczegółowym wideo w historii
- Publikacja naukowa: One month convection timescale on the surface of a giant evolved star
Opracowanie: Krzysztof Czart
Źródło: ESO
Zdjęcie:
Seria obrazów powierzchni gwiazdy R Doradus uzyskanych w lipcu i sierpniu 2023 r. dzięki sieci radioteleskopów ALMA. Pokazano obrazy z 18 lipca, 27 lipca i 2 sierpnia. Widać na nich gigantyczne bąble o rozmiarach 75 razy większych niż Słońce. Są to efekty ruchów konwekcyjnych docierających z wnętrza gwiazdy na powierzchnię. Dla porównania skali, w lewym dolnym rogu zaznaczono rozmiar orbity Ziemi. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemmings et al.