I mer enn 400 år har astronomer, både profesjonelle og amatører, interessert seg for å observere Mira-stjerner, en klasse med røde giganter som er kjent for pulsasjoner som varer i 80-1000 dager og får den tilsynelatende lysstyrken til å variere med en faktor på ti ganger eller mer i løpet av en syklus.
Et internasjonalt team av astronomer ledet av Guy Perrin fra Paris-observatoriet / LESIA (Meudon, Frankrike) og Stephen Ridgway fra National Optical Astronomy Observatory (Tucson, Arizona, USA) har brukt interferometriske teknikker for å observere de nære miljøene til fem Mira-stjerner, og ble overrasket over å finne at stjernene er omgitt av et nesten gjennomsiktig skall av vanndamp, og muligens karbonmonoksid og andre molekyler. Dette skallet gir stjernene en villedende stor tilsynelatende størrelse. Ved å trenge gjennom dette laget ved hjelp av det kombinerte lyset fra flere teleskoper, fant teamet ut at Mira-stjerner sannsynligvis bare er halvparten så store som tidligere trodde.
? Denne oppdagelsen løser irriterende uoverensstemmelser mellom observasjoner av størrelsen på Mira-stjerner, og modeller som beskriver deres sammensetning og pulsasjoner, som nå kan sees å generelt stemme med hverandre ,? Ridgway forklarer. ? Det reviderte bildet er at Mira-stjernene er veldig lysende, men likevel relativt normale stjerner i den asymptotiske gigantgrenen, men de har en resonanspulsasjon som driver deres store variabilitet.?
Mira-stjerner er spesielt interessante, siden de har samme størrelse som solen, og de gjennomgår et sent stadium av den samme evolusjonsveien som alle solstjerner, inkludert solen, vil oppleve. Derfor illustrerer disse stjernene skjebnen til vår sol fem milliarder år fra nå. Hvis en slik stjerne, inkludert det omkringliggende skallet, befant seg ved solens plassering i solsystemet vårt, ville dens dampholdige skall strekke seg utover Mars 'bane.
Selv om de egentlig er veldig store i diameter (opp til noen hundre solradier), er røde kjempestjerner poengløse mot uhjelpte menneskelige øyne på jorden, og selv de største teleskopene klarer ikke å skille overflatene. Denne utfordringen kan overvinnes ved å kombinere signaler fra separate teleskoper ved bruk av en teknikk kalt astronomisk interferometri som gjør det mulig å studere veldig små detaljer i de nære omgivelsene til Mira-stjerner. Til syvende og sist kan bilder av de observerte stjernene rekonstrueres.
Mira-stjerner er oppkalt etter den første slike kjente gjenstanden, Mira (eller Omicron Ceti). En mulig forklaring på deres betydelige variabilitet er at det produseres store mengder materiale, inkludert støv og molekyler, i løpet av hver syklus. Dette materialet blokkerer mye av den utgående stjernestrålingen, til materialet blir utvannet av ekspansjon. Det nære miljøet til Mira-stjerner er derfor veldig sammensatt, og egenskapene til det sentrale objektet er vanskelig å observere.
For å studere det nære miljøet til disse stjernene, gjennomførte teamet ledet av Perrin og Ridgway observasjoner ved Infrared-Optical Telescope Array (IOTA) fra Smithsonian Astrophysical Observatory i Arizona. IOTA er et Michelson stellar interferometer, med to armer som danner en L-formet matrise. Den opererer med tre samlere som kan være plassert på forskjellige stasjoner på hver arm. I den foreliggende studien ble det gjort observasjoner på flere bølgelengder ved bruk av forskjellige teleskopavstander fra 10 til 38 meter.
Fra disse observasjonene var teamet i stand til å rekonstruere variasjonen av stjernens lysstyrke over overflaten til hver stjerne. Detaljer ned til rundt 10 milli-arcsekunder kan oppdages. Til sammenligning, på Månens avstand, vil dette samsvare med å se funksjoner ned til 20 meter i størrelse.
Observasjonene ble gjort med nær infrarøde bølgelengder som er av spesiell interesse for studiet av vanndamp og karbonmonoksid. Rollen som disse molekylene spilte ble mistenkt for noen år siden av teamet og uavhengig bekreftet av observasjoner med Infrarød romobservatorium. De nye observasjonene ved bruk av IOTA viser tydelig at Mira-stjerner er omgitt av et molekylært lag med vanndamp og i minst noen tilfeller av karbonmonoksid. Dette laget har en temperatur på rundt 2.000 K og strekker seg til omtrent en stellaradius over den stellare fotosfæren, eller omtrent 50 prosent av den observerte diameteren til Mira-stjernene i prøven.
Tidligere interferometriske studier av Mira-stjerner førte til estimater av stjernediametre som var partisk av tilstedeværelsen av molekylærlaget, og som dermed ble overvurdert mye. Dette nye resultatet viser at Mira-stjernene er omtrent halvparten så store som tidligere antatt.
De nye observasjonene som er presentert av teamet, tolkes i rammen av en modell som bygger bro mellom observasjoner og teori. Rommet mellom stjernens overflate og molekylærlaget inneholder sannsynligvis gass, som en atmosfære, men det er relativt gjennomsiktig ved de observerte bølgelengdene. I synlig lys er det molekylære laget ganske ugjennomsiktig, noe som gir inntrykk av at det er en overflate, men i det infrarøde er det tynt og stjernen kan sees gjennom den.
Denne modellen er den første som noensinne har forklart strukturen til Mira-stjerner over et bredt spektrum av bølgelengder fra det synlige til midten av infrarød og for å være i samsvar med de teoretiske egenskapene til deres pulsering. Imidlertid er tilstedeværelsen av laget av molekyler langt over den stellare overflaten fremdeles noe mystisk. Laget er for høyt og tett til å bæres rent av atmosfærisk trykk. Pulseringene til stjernen spiller sannsynligvis en rolle i å produsere det molekylære laget, men mekanismen er ennå ikke forstått.
Ettersom Mira-stjerner representerer et sent evolusjonsstadium av sollignende stjerner, vil det være veldig interessant å bedre beskrive prosessene som skjer i og rundt dem, som en forhåndsvisning av solens egen forventede skjebne i den fjerne fremtid. Mira-stjerner kaster ut store mengder gass og støv ut i verdensrommet, typisk omtrent en tredjedel av jordmassen per år, og gir dermed mer enn 75 prosent av molekylene i galaksen. Karbon, nitrogen, oksygen og andre elementer som vi er laget av, ble for det meste produsert i det indre av slike stjerner (med tyngre elementer som kommer fra supernovaer), og blir deretter ført tilbake til verdensrommet via dette massetapet for å bli en del av nye stjerner og planeter . Modningsteknikken for interferometri avslører detaljer om Mira-atmosfæren, og bringer forskere nær å observere og forstå produksjon og utstøting av molekyler og støv, da disse stjernene gjenoppstiller innholdet i en astronomisk skala.
Papiret? Avduking av Mira stjerner bak molekylene: Bekreftelse av molekylærlagsmodellen med smalt bånd nær-infrarød interferometri ,? av Perrin et al., vil vises i en kommende utgave av tidsskriftet Astronomy & Astrophysics.
Originalkilde: NOAO News Release
