​Den skarpaste bilden hittills av en röd jättestjärna. Stjärnan W Hydrae, som ligger 320 ljusår från jorden, har kommit ett par miljarder år längre i sitt liv än solen. Den lilla blåa ringen visar i samma skala storleken på jordens bana runt solen, sett snett ovanifrån.​​
Alma (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemmings

Bild av röd jättestjärna ger överraskande inblick i solens framtid

Ett Chalmers-lett forskarlag har för första gången studerat detaljer på ytan av en åldrande stjärna med samma massa som solen. Bilder tagna med teleskopet Alma visar att stjärnan är en jätte, med en diameter dubbelt så stor som jordens bana runt solen, men även att stjärnans atmosfär påverkas av kraftfulla och oväntade chockvågor. Forskningsresultaten har publicerats i tidskriften Nature Astronomy.

Ett forskarlag som leds av astronomen Wouter Vlemmings vid Chalmers har använt teleskopet Alma (Atacama Large Millimetre/Submillimetre Array) i Chile för att göra de skarpaste observationerna hittills av en stjärna som började sitt liv med samma massa som solen. De nya bilderna visar för första gången detaljer på ytan av den röda jättestjärnan W Hydrae, som ligger 320 ljusår bort i stjärnbilden Vattenormen (Hydra på latin).

– För oss är det viktigt att inte bara studera hur röda jättar ser ut, utan även hur de utvecklas och hur de bidrar till vår galax med grundämnena som behövs för att liv ska kunna uppstå. Med antennerna i Alma konfigurerade för att ge den bästa möjliga upplösningen kan vi göra de mest detaljerade observationerna hittills av dessa svala men spännande stjärnor, säger Wouter Vlemmings.

Stjärnor som solen utvecklas under många miljarder år. När de börjar bli gamla blir de fluffigare, större, svalare och mer benägna att tappa materia i form av stjärnvindar. Stjärnor tillverkar viktiga grundämnen som kol och kväve, och när de når röd jätte-stadiet släpper de ut dessa atomer i rymden redo att återanvändas i nya generationer av stjärnor.

Med Almas bilder ser vi nu ytan hos en röd jätte, med samma massa som solen, bättre än vad som tidigare varit möjligt. Tidigare har detaljer kunnat avbildas på mycket tyngre stjärnor, så kallade superjättar, såsom Betelgeuse och Antares. 

Observationerna har också överraskat forskarna. I synnerhet är en ovanligt kompakt och ljusstark fläck på stjärnan ett tecken på att här finns oväntat het gas i ett lager ovanför dess yta: en kromosfär.

– Våra mätningar av den ljusa fläcken tyder på att det finns kraftfulla chockvågor i stjärnans atmosfär som skapar temperaturer som är högre än vad som förväntas enligt teoretiska modeller för AGB-stjärnor, säger Theo Khouri, som är astronom vid Chalmers och ingår i forskarlaget.

En alternativ förklaring är minst lika överraskande: att stjärnan höll på att genomgå ett gigantiskt utbrott när observationerna gjordes.

W Hydrae är en så kallad AGB-stjärna. Sådana stjärnor är svala, ljusstarka och kännetecknas av att kraftfulla stjärnvindar bär bort massa från stjärnan. Termen AGB kommer från engelskans asymptotic giant branch och syftar på stjärnornas läge i astronomernas Hertzsprung-Russell-diagram över olika stjärnors temperatur och ljusstyrka.

Nu satsar forskarlaget på nya studier, både med Alma och andra instrument, för att bättre förstå W Hydraes märkliga atmosfär. Att observera med Almas högsta möjliga upplösning är en utmaning för astronomer, men också givande på flera sätt. Det berättar Elvire De Beck, även hon astronom vid Chalmers som ingår i forskarlaget.

– Det manar till eftertanke när man tittar på vår bild av W Hydrae och ser stjärnans storlek jämfört med jordens bana. Vi föds av material som skapas i stjärnor som den här, så för oss är det spännande att anta utmaningen att förstå något som berättar både om våra ursprung och om vår framtid, säger hon.
 
Bilder

Högupplösta bilder (med etiketter på både engelska och svenska) i detta Flickr-album https://www.flickr.com/photos/onsala/sets/72157690289421556

1. (överst) Den skarpaste bilden hittills av en röd jättestjärna. Stjärnan W Hydrae, som ligger 320 ljusår från jorden, har kommit ett par miljarder längre i sitt liv än solen. Den lilla blåa ringen visar i samma skala storleken på jordens bana runt solen, sett snett ovanifrån. Bilden är tagen i så kallat submillimeterljus, med våglängd runt 0,9 mm. (Bild: Alma (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemmings)

2. Den skarpaste bilden hittills av en röd jättestjärna. Stjärnan W Hydrae, som ligger 320 ljusår från jorden, har kommit ett par miljarder längre i sitt liv än solen. Ringarna visar som jämförelse storleken på jordens (i blått) och andra planeters banor runt solen, sedda snett ovanifrån. Bilden är tagen i så kallat submillimeterljus, med våglängd runt 0,9 mm. (Bild: Alma (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemmings)
 
3. Himlen omkring W Hydrae sedd i synligt ljus. (Bild: Digitized Sky Survey)
 
4. Att direkt avbilda även de största och närmsta stjärnorna är en utmaning för astronomer. I den här bilden jämförs Almas bild av W Hydrae med de bästa bilderna hittills av andra stjärnor: den röda jätten R Doradus samt de röda superjättarna Antares och Betelgeuse. Dessa bilder har skapats med hjälp av olika metoder och i ljus med olika våglängder. Jättestjärnor kan dessutom se mycket olika ut i olika våglängder. Här visas även vinkelstorlekarna (alltså hur stora himlakropparna ser ut från jorden) för stjärnorna i det närmaste stjärnsystemet, Alfa Centauri, samt dvärgplaneten Pluto (när den är som närmast jorden). (Bilder: ESO/K. Ohnaka (Antares); Alma (ESO/NAOJ/NRAO)/E. O’Gorman/P. Kervella (Betelgeuse); ESO (R Doradus); Alma (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemmings (W Hydrae))
 
4. Alma är världens kraftfullaste teleskop för studier av det svala universum. Dess många antenner observerar molekylär gas, stoft och damm, samt objekt i det avlägsna universum. Från dess plats i Atacama-öknen söker Alma efter svar på några av mänsklighetens största frågor om våra kosmiska ursprung och om byggstenarna till stjärnor, planeter, galaxer, och livet självt.
Högupplöst version av bilden: https://www.eso.org/public/images/dok-1114-cc/
Foto: D. Kordan/ESO

 Mer om forskningen

Forskningsresultaten presenteras i en artikel med titeln The shock-heated atmosphere of an asymptotic giant branch star resolved by ALMA, som publiceras i tidskriften Nature Astronomy (länk till artikeln: http://rdcu.be/xUWV).  Artikeln finns även tillgänglig på https://arxiv.org/abs/1711.01153​

Forskarlaget består av Wouter Vlemmings (Chalmers), Theo Khouri (Chalmers), Eamon O’Gorman (Dublin Institute for Advanced Studies, Irland), Elvire De Beck (Chalmers), Elizabeth Humphreys (Europeiska sydobservatoriet, ESO), Boy Lankhaar (Chalmers), Matthias Maercker (Chalmers), Hans Olofsson (Chalmers), Sofia Ramstedt (Uppsala universitet), Daniel Tafoya (Chalmers) och Aki Takigawa (Kyotouniversitetet, Japan).

Mer om Alma and Onsala rymdobservatorium
 
Alma är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan ESO (Europeiska sydobservatoriet), i vilket Sverige är ett av 15 medlemsländer, National Science Foundation i USA och Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samverkan med Chile. Alma stöds av ESO åt dess medlemsländer, av NSF i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) och Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC) samt av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Koreas Institut för astronomi och rymdforskning (KASI).

Chalmers och Onsala rymdobservatorium har varit med sedan starten och bland annat byggt mottagare till Alma. Vid Onsala rymdobservatorium finns Nordic Alma Regional Centre som tillhandahåller teknisk expertis om Alma och som hjälper nordiska astronomer att använda teleskopet.

Kontakter:
 
Robert Cumming, kommunikatör, Onsala rymdobservatorium, robert.cumming@chalmers.se, tel: 070-493 31 14 eller 031-772 55 00 

Wouter Vlemmings, professor i radioastronomi, Chalmers, 031-772 55 09 eller 0733-544 667, wouter.vlemmings@chalmers.se



Publicerad: ti 07 nov 2017. Ändrad: ti 07 nov 2017