Astronomer spårar bubblor på en stjärnas yta i den mest högupplösta videon hittills
ESO meddelar: För första gången har astronomer tagit tillräckligt detaljerade bilder av en annan stjärna än solen för att kunna spåra rörelsen hos bubblande gas på dess yta. Bilderna av stjärnan, R Doradus, togs med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ett teleskop som delägs av Europeiska sydobservatoriet (ESO), i juli och augusti 2023. Bilderna visar gigantiska heta bubblor av gas, 75 gånger större än solen, som dyker upp på ytan och sjunker tillbaka in i stjärnans inre snabbare än väntat.
“Det här är första gången den bubblande ytan på en riktig stjärna kan visas på ett sådant sätt,” säger Wouter Vlemmings, professor vid Chalmers tekniska högskola, Sverige, och huvudförfattare till studien som publicerades i går i Nature. “Vi hade aldrig förväntat oss att datan skulle vara av så hög kvalitet att vi kunde se så mycket detaljer i konvektionen på stjärnans yta.”
Stjärnor producerar energi i sina kärnor genom kärnfusion. Denna energi kan transporteras mot stjärnans yta i enorma, heta gasbubblor som sedan kyls ner och sjunker – som en lavalampa. Denna konvektionsrörelse fördelar de tunga grundämnen som bildas i kärnan, såsom kol och kväve, till hela stjärnan. Konvektionen anses också orsaka de stjärnvindar som för med sig dessa grundämnen ut i universum och som ingår i nya stjärnor och planeter.
Konvektionsrörelser har aldrig spårats i detalj i andra stjärnor än solen tidigare. Genom att använda ALMA kunde forskarlaget erhålla högupplösta bilder av ytan på R Doradus under loppet av en månad. R Doradus är en röd jättestjärna med en diameter som är ungefär 350 gånger solen belägen cirka 180 ljusår bort i stjärnbilden Svärdfisken. Dess stora diameter och närhet till jorden gör den till ett idealiskt mål för detaljerade observationer. Dessutom är dess massa lik solens, vilket betyder att R Doradus sannolikt är snarlik vår egen sols utseende om fem miljarder år, när den omvandlas till en röd jätte.
“Konvektionen skapar den vackra granulära strukturen som ses på vår sols yta, men den är svår att se på andra stjärnor”, tillägger Theo Khouri, forskare vid Chalmers och medförfattare till studien. “Med ALMA har vi nu inte bara direkt kunnat se konvektiva granulationsceller – med en storlek som är 75 gånger större än vår sol! – utan också kunnat mäta hur snabbt de rör sig för första gången.”
Konvektionscellerna på R Doradus verkar utveckla sig i en cykel som vara ungefär en månad, vilket är snabbare än forskarna förväntade sig baserat på hur konvektion fungerar i solen. “Vi vet ännu inte vad som är orsaken till skillnaden. Det verkar som att konvektionen förändras när en stjärna blir äldre på sätt som vi ännu inte förstår, säger Vlemmings. Observationer som de som nu görs av R Doradus hjälper oss att förstå hur stjärnor som solen beter sig, även när de växer sig lika svala, stora och konvektiva som R Doradus.
“Det är spektakulärt att vi nu direkt kan avbilda detaljerna på ytan hos stjärnor så långt borta, och observera fysik som hittills huvudsakligen varit observerbar på vår sol”, avslutar Behzad Bojnodi Arbab, doktorand vid Chalmers som också var involverad i studien.
I framtiden kommer nya observationer att möjliggöra ännu mer häpnadsväckande filmer av denna stjärna och andra som liknar den. Den 10 och 11 september 2024 träffades forskare under Sveriges andra nationella SKA Science Days i Göteborg för att diskutera den vetenskapliga potentialen hos världens nästa banbrytande radioteleskop, SKA-observatoriet i Sydafrika och Australien. Behzad Bojnordi Arbab delade då sina planer för att observera denna stjärna med SKA.
“Med SKA-teleskopen kommer vi att kunna erhålla högupplösta observationer av den övre atmosfären hos R Doradus. Syftet är att studera ett fenomen som vi ännu inte har sett: hur konvektionsceller i stjärnan bidrar till att skapa stjärnans stoftrika vind. Sådana observationer kommer att hjälpa oss att förstå hur det kosmiska ekosystemet fungerar”, säger Bojnordi Arbab.