I mere end 400 år har astronomer, både professionelle og amatører, interesseret sig i at observere Mira-stjerner, en klasse af variable røde giganter, der er berømt for pulsationer, der varer 80-1.000 dage og får deres tilsyneladende lysstyrke til at variere med en faktor på ti gange eller mere i løbet af en cyklus.
Et internationalt team af astronomer ledet af Guy Perrin fra Paris-observatoriet / LESIA (Meudon, Frankrig) og Stephen Ridgway fra National Optical Astronomy Observatory (Tucson, Arizona, USA) har brugt interferometriske teknikker til at observere de nære miljøer hos fem Mira-stjerner, og blev overrasket over at opdage, at stjernerne er omgivet af en næsten gennemsigtig skal af vanddamp og muligvis kulilte og andre molekyler. Denne skal giver stjernerne en vildledende stor tilsyneladende størrelse. Ved at trænge igennem dette lag ved hjælp af det kombinerede lys fra flere teleskoper fandt holdet, at Mira-stjerner sandsynligvis kun er halvt så store, som man tidligere troede.
? Denne opdagelse løser irriterende uoverensstemmelser mellem observationer af størrelsen på Mira-stjerner og modeller, der beskriver deres sammensætning og pulsationer, som nu kan ses at generelt er enige med hinanden ,? Ridgway forklarer. ? Det reviderede billede er, at Mira-stjerner er meget lysende, men alligevel relativt normale stjerner i den asymptotiske gigantgren, men de har en resonanspulsation, der driver deres store variation.
Mira-stjerner er især interessante, da de ligner størrelsen på Solen, og de gennemgår et sent stadium af den samme evolutionære sti, som alle solmassestjerner, inklusive solen, vil opleve. Derfor illustrerer disse stjerner vores Sols skæbne fem milliarder år fra nu. Hvis en sådan stjerne, inklusive dens omgivende skal, var placeret ved solens position i vores solsystem, ville dens dampe skal strække sig ud over Mars 'bane.
Selvom de virkelig er meget store i diameter (op til et par hundrede solradiier), er røde gigantstjerner pegeagtige på uunderstøttede menneskelige øjne på Jorden, og selv de største teleskoper kan ikke skelne deres overflader. Denne udfordring kan overvindes ved at kombinere signaler fra separate teleskoper ved hjælp af en teknik kaldet astronomisk interferometri, der gør det muligt at studere meget små detaljer i de tætte omgivelser af Mira-stjerner. I sidste ende kan billeder af de observerede stjerner rekonstrueres.
Mira-stjerner er opkaldt efter den første sådan kendte genstand, Mira (eller Omicron Ceti). En mulig forklaring på deres betydelige variation er, at der produceres store mængder materiale, inklusive støv og molekyler, i hver cyklus. Dette materiale blokerer meget af den udgående stjernestråling, indtil materialet fortyndes ved ekspansion. Det tætte miljø hos Mira-stjerner er derfor meget komplekst, og egenskaberne ved det centrale objekt er vanskelige at observere.
For at studere disse stjerners tætte miljø udførte holdet ledet af Perrin og Ridgway observationer ved det infrarøde optiske teleskoparray (IOTA) fra Smithsonian Astrophysical Observatory i Arizona. IOTA er et Michelson stellar interferometer, med to arme, der danner en L-formet matrix. Det fungerer med tre samlere, der kan placeres på forskellige stationer på hver arm. I den nuværende undersøgelse blev der foretaget observationer ved flere bølgelængder under anvendelse af forskellige teleskopafstande i området fra 10 til 38 meter.
Fra disse observationer var teamet i stand til at rekonstruere variationen i stjernernes lysstyrke over overfladen af hver stjerne. Detaljer ned til ca. 10 milli-arcsekunder kan detekteres. Til sammenligning svarede dette på Månens afstand til at se funktioner ned til 20 meter i størrelse.
Observationerne blev foretaget ved næsten infrarøde bølgelængder, der er af særlig interesse for undersøgelsen af vanddamp og kulilte. Hvilken rolle disse molekyler spillede blev mistænkt for nogle år siden af teamet og blev uafhængigt bekræftet af observationer med det infrarøde rumobservatorium. De nye observationer, der anvender IOTA, viser tydeligt, at Mira-stjerner er omgivet af et molekylært lag vanddamp og i mindst nogle tilfælde af kulilte. Dette lag har en temperatur på ca. 2.000 K og strækker sig til ca. en stellaradius over den stjernefotosfære eller omtrent 50 procent af den observerede diameter af Mira-stjernerne i prøven.
Tidligere interferometriske undersøgelser af Mira-stjerner førte til estimater af stjernediametre, der var partisk af tilstedeværelsen af molekylærlaget, og som således blev meget overvurderet. Dette nye resultat viser, at Mira-stjernerne er cirka halvdelen så store som tidligere antaget.
De nye observationer, der er præsenteret af teamet, fortolkes inden for rammerne af en model, der bygger bro mellem observationer og teori. Rummet mellem stjernens overflade og det molekylære lag indeholder sandsynligvis gas som en atmosfære, men det er relativt gennemsigtigt ved de observerede bølgelængder. I synligt lys er det molekylære lag temmelig uigennemsigtig, hvilket giver indtryk af, at det er en overflade, men i det infrarøde er det tyndt, og stjernen kan ses gennem det.
Denne model er den første nogensinde til at forklare strukturen af Mira-stjerner over en lang række spektrale bølgelængder fra det synlige til det midterste infrarøde og for at være i overensstemmelse med de teoretiske egenskaber ved deres pulsering. Tilstedeværelsen af laget af molekyler langt over den stellare overflade er dog stadig noget mystisk. Laget er for højt og tæt til kun at understøttes af atmosfærisk tryk. Stjernens pulseringer spiller sandsynligvis en rolle i produktionen af det molekylære lag, men mekanismen er endnu ikke forstået.
Da Mira-stjerner repræsenterer et sent evolutionært stadium af sollignende stjerner, vil det være meget interessant at bedre beskrive de processer, der forekommer i og omkring dem, som en forudsigelse af solens egen forventede skæbne i den fjerne fremtid. Mira-stjerner sprøjter store mængder gas og støv ud i rummet, typisk ca. en tredjedel af jordmassen pr. År, hvilket giver mere end 75 procent af molekylerne i galaksen. Kulstof, nitrogen, ilt og andre elementer, som vi er lavet af, blev for det meste produceret i det indre af sådanne stjerner (med tungere elementer, der kommer fra supernovaer), og returneres derefter til rummet via dette massetab for at blive en del af nye stjerner og planeter . Modningsteknikken for interferometri afslører detaljer om Mira-atmosfæren og bringer videnskabsmænd tæt på at observere og forstå produktionen og udstødningen af molekyler og støv, da disse stjerner genindspilter deres indhold på en astronomisk skala.
Papiret? Afsløring af Mira-stjerner bag molekylerne: Bekræftelse af molekylærlagsmodellen med smalt bånd nær-infrarød interferometri ,? af Perrin et al., vises i en kommende udgave af tidsskriftet Astronomy & Astrophysics.
Originalkilde: NOAO-nyhedsmeddelelse
