Astronomowie zaobserwowali 57 różnych „twarzy” odległej eksplodującej gwiazdy, wykorzystując różne cząsteczki, aby uchwycić zmienny obraz śmierci gwiazdy i jej wpływu na jej otoczenie. Badania mogą dać nam pełniejszą prognozę tego, co stanie się ze Słońcem za około 5 miliardów lat, kiedy zacznie ono mieć własne ataki śmierci i puchnie jako czerwony olbrzym, pochłaniając swoje wewnętrzne planety, w tym Ziemię.
Obserwacji dokonano za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), zbiór 66 anten radiowych w północnym Chile, które razem tworzą największy istniejący projekt astronomiczny.
„Dzięki ALMA możemy teraz zobaczyć atmosferę umierającej gwiazdy z poziomem przejrzystości podobnym do tego, co robimy dla Słońca, ale poprzez dziesiątki różnych widoków molekularnych” – powiedział lider zespołu Keiichi Ohnaka z Universidad Andres Bello (Chile) w badaniu oświadczenie. „Każda cząsteczka odsłania inną twarz W Hydrae, odsłaniając zaskakująco dynamiczne i złożone środowisko.
„Połączenie danych ALMA i VLT/SPHERE pozwala nam łączyć ruchy gazów, chemię molekularną i powstawanie pyłu niemal w czasie rzeczywistym, co do tej pory było trudne”.
Różne cząsteczki opowiadają inną historię o umierających gwiazdach
To właśnie wyjątkowa czułość ALMA, która jest w stanie uchwycić odpowiednik zdjęcia ziarenka ryżu z odległości 10 kilometrów, pozwoliła zespołowi zobaczyć zmieniające się struktury czerwonego olbrzyma i jego atmosfery. Należą do nich „kępki, łuki i pióropusze”, z których wszystkie różnią się w zależności od badanej cząsteczki. Różne cząsteczki oferują unikalny obraz W Hydrae, ponieważ linie widmowe widziane przez ALMA, optyczne „odciski palców” różnych substancji chemicznych, powstają w różnych warunkach.
Oglądany na tych różnych liniach widmowych czerwony olbrzym był spuchnięty do wielokrotnie większych rozmiarów niż pierwotny. W rzeczywistości, gdyby został umieszczony w Układzie Słonecznym w miejscu, w którym znajduje się Słońce, jego zewnętrzne warstwy pochłonęłyby planety aż do orbity Marsa. Te rozszerzone obszary wyglądają jak chmury wyrzeźbione przez wstrząsy, pulsacje i przenoszenie ciepła z gwiazdy centralnej.
Obserwacje ALMA wykazały zmiany w ruchu gazu wokół W Hydrae, przy czym gaz bliżej serca czerwonego olbrzyma wypływa na zewnątrz z prędkością około 22 400 mil na godzinę (36 000 km/h), podczas gdy gaz w wyższych warstwach opada do wewnątrz z prędkością około 29 000 mil na godzinę (46 000 km/h). Tworzy to stale zmieniający się warstwowy wzór przepływu, który pasuje do modelowania 3D tego, jak komórki konwekcyjne i wstrząsy wywołane pulsacją kształtują atmosferę czerwonych olbrzymów.
Jednym z najbardziej niezwykłych elementów odkryć zespołu było odkrycie zaobserwowanych cząsteczek i nowonarodzonego pyłu, które wyłoniło się po porównaniu odkryć ALMA z danymi zebranymi przez instrument SPHERE należący do VLT. Fakt, że oba zestawy obserwacji przeprowadzono w odstępie zaledwie dziewięciu dni, pozwolił zespołowi powiązać skład chemiczny gazu z powstawaniem pyłu w czasie rzeczywistym. Zespół odkrył, że cząsteczki takie jak tlenek krzemu, para wodna i tlenek glinu pojawiają się dokładnie tam, gdzie w danych VLT widoczne były zbite chmury pyłu. Oznacza to, że te substancje chemiczne są bezpośrednio zaangażowane w powstawanie ziaren pyłu.
Odkryli również, że inne cząsteczki, takie jak tlenek siarki, dwutlenek siarki, tlenek tytanu i prawdopodobnie dwutlenek tytanu, nakładają się na pył w niektórych obszarach wokół W Hydrae i dlatego mogą przyczyniać się do powstawania pyłu w wyniku reakcji chemicznych wywołanych wstrząsami. Z drugiej strony odkryto, że cząsteczki takie jak cyjanowodór tworzą się blisko gwiazdy, ale nie wydają się bezpośrednio uczestniczyć w tworzeniu się pyłu.
Gdy umierające gwiazdy, takie jak W Hydrae, zrzucają swoje zewnętrzne warstwy, wzbogacają swoje kosmiczne otoczenie, czyli ośrodek międzygwiazdowy, w cząsteczki, które stają się elementami budulcowymi nowych gwiazd i planet. Te badania oraz obserwacje powstawania i wypływu pyłu z czerwonego olbrzyma mogą pomóc lepiej zrozumieć, w jaki sposób gwiazdy AGB tracą masę, co jest jednym z najdłużej nierozwiązanych problemów w astrofizyce gwiazd.
„Utrata masy w gwiazdach AGB to jedno z największych nierozwiązanych wyzwań w astrofizyce gwiazd” – powiedział członek zespołu Ka Tat Wong z Uniwersytetu w Uppsali. „Dzięki ALMA możemy teraz bezpośrednio obserwować regiony, w których zaczyna się ten wypływ, gdzie oddziałują na siebie wstrząsy, chemia i powstawanie pyłu. W Hydrae daje nam rzadką okazję do testowania i udoskonalania naszych modeli przy użyciu rzeczywistych, rozdzielonych przestrzennie danych”.
W Hydrae może również działać jak naukowa kryształowa kula, dając podgląd losów Słońca i tego, jak nasza gwiazda wzbogaci nasze kosmiczne podwórko o materiał potrzebny do powstania nowych gwiazd, planet, a nawet samego życia.
Wyniki badań zespołu opublikowano 2 grudnia w czasopiśmie Astronomia i astrofizyka.
