Alma avslöjar gammal stjärnas dramatiska förvandling

När en solliknande stjärna börjar nå livets slut sväller den snabbt och blir en röd jätte. I nästa steg tappar stjärnan mängder med gas som bildar en rest som kallas en planetarisk nebulosa. Sådana nebulosor kan se väldigt olika ut: vissa är sfäriska, men andra har dubbla lober eller ännu mer komplicerade strukturer. Astronomer vill förstå varför dessa kan se så olika ut. Oftast hindras de av tjocka lager av stoft, damm och gasen som döljer stjärnan och gör det svårt att undersöka processen.

Genom att studera sådana stjärnor med radioteleskop blir det möjligt för astronomer att se genom stoftlagren. Ett team av astronomer som leds av Daniel Tafoya vid Chalmers tekniska högskola riktade Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) mot stjärnan W43A i stjärnbilden Örnen. Forskningsresultaten har publiceras i tidskriften Astrophysical Journal Letters.

Tack vare Almas höga upplösning fick forskarna fram en mycket detaljerad bild av stjärnan W43A och dess omgivningar.

– De mest anmärkningsvärda strukturerna är dess små, dubbla jetstrålar, säger Daniel Tafoya.

Teamet konstaterade att strålen har en hastighet på hela 175 kilometer per sekund, vilket är mycket högre än tidigare uppskattningar. Utifrån hastigheten och storleken på jetstrålarna, kunde teamet räkna fram åldern på dem till mindre än en mänsklig livslängd.

– Med tanke på jetstrålens ungdomlighet jämfört med en stjärnas totala livslängd, kan vi utan osäkerhet säga att det vi nu ser är just det ögonblicket då jetstrålarna har börjat trycka igenom gasen som omger stjärnan. När jetstrålarna skär genom det omgivande materialet på bara 60 år skulle en enda människa kunna titta på processen under sitt liv.

I Alm​as mätningar framgår tydligt hur strålarna dragit med sig dammiga moln, vilket är ett bevis på att stjärnan börjat ändra sin omgivning.

Forskarna tror att denna påverkan kan vara nyckeln till att bilda en planetarisk nebulosa med dubbla lober, och i artikeln beskriver de ett tänkbart scenario. Den gamla stjärnan förlorar först gas i alla riktningar och stjärnan tappar sitt yttre hölje.

Om stjärnan är en dubbelstjärna kan det ha en viktig påverkan på hur nebulosan bildas. Om gas från följeslagaren faller mot den döende stjärnan kan en del av denna gas bidra till strålarna.

Stjärnan W43A är ett exempel på en ovanlig typ av stjärna, ett så kallat "vattenfontän-objekt", berättar Hiroshi Imai vid Kagoshima University, Japan, som är medlem i forskarlaget.

– Dessa är gamla stjärnor som visar upp karaktäristisk radiostrålning från vattenmolekyler, säger han.

Utifrån observationerna med Alma tror de att vattenmolekylerna som exciteras kring dessa stjärnor ligger i gränsområden mellan strålarna och det omgivande materialet. Forskarna misstänker att alla dessa "vattenfontäner" består av dubbelsystem som nyligen skickat iväg en dubbel jetstråle precis som W43A, menar Hiroshi Imai.

José Francisco Gómez, astronom vid Instituto de Astrofísica de Andalucía i Spanien, utvecklar.

– Hittills känner vi endast till femton vattenfontän-objekt, trots att det finns fler än 100 miljarder stjärnor i vår galax, Vintergatan. Det beror förmodligen på att jetstrålarnas livslängd är ganska kort. Därför är vi lyckligt lottade som kan få se så sällsynta stjärnor, säger han.

Daniel Tafoya ser fram emot nya insikter från Alma om dessa märkliga och spektakulära stjärnor, som ju också liknar vår sol.

– Vi tror att dessa stjärnor har mycket att berätta om vad som händer när stjärnor som solen dör. De ger oss ny kunskap om varför himlens vackraste former, de planetariska nebulosorna, ser ut som de gör. De berättar dessutom för oss hur stjärnor som solen återför material till galaxen som kan ingå i nästa generation av nya stjärnor.

Bilder

För högupplösta bilder se pressmeddelandet på engelska från NAOJ.

A (överst) – Stjärnan W43A som NAOJ:s rymdkonstnär föreställer sig den utifrån Almas observationer. Diffus gas som släpptes ut från stjärnan för länge sedan bildar ett sfäriskt skal runt den. Stjärnan i mitten sänder ut dubbla strålar som nu börjat träffa det omgivande materialet. Där strålarna möter den diffusa gasen finns flera ställen där ljuset från vattenmolekyler kan upptäckas med radioteleskop.
Bild: NAOJ

B – Almas bild av det gamla stjärnsystemet W43A. I blått visas de dubbla jetstrålarna som skickas ut i hög hastighet ifrån den åldrade stjärnan. I grönt visas utflödet med låg hastighet från stjärnan, och i orange färg visas de dammiga moln som dras med av jetstrålarna.
Bild: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Tafoya m. fl.

Mer om forskningen

Dessa forskningsresultat presenteras i artikeln ”Shaping the envelope of the asymptotic giant branch star W43A with a collimated fast jet” som publicerades i tidskriften Astrophysical Journal Letters den 13 februari 2020.

Medlemmarna i forskargruppen är: Daniel Tafoya (Chalmers tekniska högskola), Hiroshi Imai (Kagoshimauniversitetet, Japan), José F. Gómez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC), Jun-ichi Nakashima (Sun Yat-sen University, China), Gabor Orosz (University of Tasmania, Australien, och Xinjiangs astronomiska observatorium, Kina) och Bosco HK Yung (Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Torun, Polen)

Mer om Alma

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.​