Närstudie av röd jättestjärna ger inblick i solens framtid

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).

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. Bild: Alma (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemmings

– 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.

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.

Fluffigare med tiden
Stjärnor som solen utvecklas under många miljarder år. När de börjar bli gamla blir de fluffigare, större, svalare och mer benägen 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.

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). Bild: 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)

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.

Chockvågor
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.

Berättar om vårt ursprung
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.

Kontakt:
Robert Cumming, kommunikatör, Onsala rymdobservatorium, robert.cumming@chalmers.se
Wouter Vlemmings, professor i radioastronomi, Chalmers, wouter.vlemmings@chalmers.se