Når det kommer til at se ud over vores solsystem, tvinges astronomer ofte til at teoretisere om, hvad de ikke ved, baseret på hvad de gør. Kort sagt, de er nødt til at stole på, hvad vi har lært at studere Solen og planeterne fra vores eget solsystem for at gøre uddannede gætte om, hvordan andre stjernesystemer og deres respektive kroppe dannede og udviklede sig.
For eksempel har astronomer lært meget af vores sol om, hvordan konvektion spiller en vigtig rolle i stjernenes liv. Indtil nu har de ikke været i stand til at gennemføre detaljerede undersøgelser af overfladerne på andre stjerner på grund af deres afstand og skjulte faktorer. I en historisk først oprettede imidlertid et internationalt team af videnskabsmænd for nylig de første detaljerede billeder af overfladen på en rød gigantestjerne beliggende ca. 530 lysår væk.
Undersøgelsen blev for nylig vist i det videnskabelige tidsskriftNatur under titlen "Store granuleringsceller på overfladen af den gigantiske stjerne Π¹ Gruis". Undersøgelsen blev ledet af Claudia Paladini fra Université libre de Bruxelles og omfattede medlemmer fra Det Europæiske Sydlige Observatorium, Université de Nice Sophia-Antipolis, Georgia State University, Université Grenoble Alpes, Uppsala Universitet, Universitetet i Wien og Universitetet af Exeter.
Af hensyn til deres undersøgelse brugte teamet Precision Integrated-Optics Near-infrared Imaging ExpeRiment (PIONIER) instrument på ESOs Very Large Telescope Interferometer (VLTI) til at observere stjernen kendt som known Gruis. Beliggende 530 lysår fra Jorden i stjernebilledet Grus (Kranen), Π1 Gruis er en cool rød kæmpe. Selvom det er den samme masse som vores sol, er den 350 gange større og flere tusind gange så lys.
I årtier har astronomer forsøgt at lære mere om konvektionsegenskaber og evolution af stjerner ved at studere røde giganter. Dette er hvad der bliver af hovedsekvensstjerner, når de først har opbrugt deres brintbrændstof og udvides til bliver hundreder af gange deres normale diameter. Desværre har det været en udfordring at studere konvektionsegenskaberne hos de fleste supergiante stjerner, fordi deres overflader ofte er skjult af støv.
Efter at have fået interferometriske data på Π1 Gruis i september 2014, stod teamet derefter på billedgenopbygningssoftware og algoritmer for at komponere billeder af stjernens overflade. Disse gjorde det muligt for teamet at bestemme konvektionsmønstrene for stjernen ved at udvælge dets "granuler", de store kornede pletter på overfladen, der viser toppen af en konvektiv celle.
Dette var første gang, at sådanne billeder er blevet skabt, og repræsenterer et stort gennembrud, når det kommer til vores forståelse af, hvordan stjerner ældes og udvikler sig. Som Dr. Fabien Baron, en adjunkt ved Georgia State University og en medforfatter til undersøgelsen, forklarede:
”Dette er første gang, at vi har en sådan kæmpe stjerne, der entydigt er afbildet med det niveau af detaljer. Årsagen er, at der er en grænse for de detaljer, vi kan se, baseret på størrelsen på det teleskop, der blev brugt til observationer. Til dette papir brugte vi et interferometer. Lyset fra flere teleskoper er kombineret for at overvinde grænsen for hvert teleskop og således opnå en opløsning svarende til den for et langt større teleskop. ”
Denne undersøgelse er især signifikant, fordi Π1 Gruis i den sidste store livsfase og ligner, hvordan vores sol vil se ud, når den er ved slutningen af sin levetid. Med andre ord, når vores sol udtømmer sit brintbrændstof i cirka fem milliarder år, vil den udvide markant til at blive en rød gigantisk stjerne. På dette tidspunkt vil det være stort nok til at omfatte Merkur, Venus og måske endda Jorden.
Som et resultat vil undersøgelse af denne stjerne give forskere indsigt i den fremtidige aktivitet, karakteristika og udseende af vores sol. For eksempel har vores sol omkring to millioner konvektive celler, der typisk måler 2.000 km (1243 mi) i diameter. Baseret på deres undersøgelse estimerer teamet, at overfladen på Π1 Gruis har et komplekst konvektivt mønster med granulater, der måler ca. 1,2 x 10 ^ 8 km (62,137,119 mi) vandret eller 27 procent af stjernens diameter.
Dette stemmer overens med, hvad astronomer har forudsagt, hvilket var, at gigantiske og supergiante stjerner kun skulle have et par store konvektive celler på grund af deres lave overfladetyngdekraft. Som Baron antydede:
”Disse billeder er vigtige, fordi størrelsen og antallet af granuler på overfladen faktisk passer meget godt til modeller, der forudsiger, hvad vi skal se. Det fortæller os, at vores modeller af stjerner ikke er langt fra virkeligheden. Vi er sandsynligvis på rette vej til at forstå disse slags stjerner. ”
Det detaljerede kort angav også forskelle i overfladetemperatur, som fremgik af de forskellige farver på stjernens overflade. Dette er også i overensstemmelse med det, vi ved om stjerner, hvor temperaturvariationer er tegn på processer, der finder sted inde. Når temperaturerne stiger og falder, bliver de varmere, mere flydende områder lysere (ser hvide ud), mens de køligere, tættere områder bliver mørkere (rød).
Når vi ser fremad, ønsker Paladini og hendes team at skabe endnu mere detaljerede billeder af overfladen af gigantiske stjerner. Hovedformålet med dette er at være i stand til at følge udviklingen af disse granuler kontinuerligt i stedet for blot at få snapshots af forskellige tidspunkter.
Fra disse og lignende undersøgelser er det ikke kun sandsynligt, at vi lærer mere om dannelsen og udviklingen af forskellige typer stjerner i vores univers; vi er også sikre på at få en bedre forståelse af, hvad vores solsystem er til.
