När det gäller att titta bortom vårt solsystem tvingas astronomer ofta att teoretisera om vad de inte vet baserat på vad de gör. Kort sagt, de måste lita på det vi har lärt oss studera solen och planeterna från vårt eget solsystem för att göra utbildade gissningar om hur andra stjärnsystem och deras respektive kroppar bildades och utvecklades.
Till exempel har astronomer lärt mycket av vår sol om hur konvektion spelar en viktig roll i livet för stjärnor. Hittills har de inte kunnat utföra detaljerade studier av ytan på andra stjärnor på grund av deras avstånd och dolda faktorer. I en historisk första skapade emellertid ett internationellt team av forskare nyligen de första detaljerade bilderna på ytan av en röd jättestjärna som ligger ungefär 530 ljusår bort.
Studien dök nyligen upp i den vetenskapliga tidskriftenNatur under titeln ”Stora granuleringsceller på ytan av jättestjärnan Π¹ Gruis”. Studien leddes av Claudia Paladini från Université libre de Bruxelles och inkluderade medlemmar från European Southern Observatory, Université de Nice Sophia-Antipolis, Georgia State University, Université Grenoble Alpes, Uppsala University, Wien och University av Exeter.
För deras studie använde teamet Precision Integrated-Optics Near-infrared Imaging ExpeRiment (PIONIER) på ESO: s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) för att observera stjärnan känd som Π¹ Gruis. Ligger 530 ljusår från jorden i stjärnbilden Grus (The Crane), Π1 Gruis är en cool röd jätte. Även om det är samma massa som vår sol är den 350 gånger större och flera tusen gånger så ljus.
I decennier har astronomer försökt lära sig mer om konvektionsegenskaperna och utvecklingen av stjärnor genom att studera röda jättar. Dessa är vad som blir av huvudsekvensstjärnor när de har uttömt sitt vätebränsle och expanderar till blir hundratals gånger deras normala diameter. Tyvärr har det varit utmanande att studera konvektionsegenskaperna hos de flesta supergigantiska stjärnor eftersom deras ytor ofta döljs av damm.
Efter att ha erhållit interferometrisk data på Π1 Gruis i september 2014 förlitade teamet sig sedan på programrekonstruktionsprogram och algoritmer för att komponera bilder av stjärnans yta. Dessa gjorde det möjligt för laget att bestämma konvektionsmönstret för stjärnan genom att plocka ut sina "granulat", de stora korniga fläckarna på ytan som indikerar toppen av en konvektiv cell.
Det var första gången sådana bilder skapades och representerar ett stort genombrott när det gäller vår förståelse av hur stjärnor åldras och utvecklas. Som Dr. Fabien Baron, biträdande professor vid Georgia State University och medförfattare till studien, förklarade:
”Det här är första gången vi har en så jättestjärna som entydigt avbildas med den nivån på detaljer. Anledningen är att det finns en gräns för detaljerna vi kan se baserat på storleken på teleskopet som används för observationerna. För detta papper använde vi en interferometer. Ljuset från flera teleskop kombineras för att övervinna gränserna för varje teleskop och därmed uppnå en upplösning motsvarande den för ett mycket större teleskop. "
Denna studie är särskilt betydelsefull eftersom Π1 Gruis i den sista stora fasen av livet och liknar hur vår sol kommer att se ut när den är i slutet av sin livslängd. Med andra ord, när vår sol tappar ut sitt vätebränsle på ungefär fem miljarder år, kommer den att expandera avsevärt för att bli en röd jättestjärna. Vid denna tidpunkt kommer den att vara tillräckligt stor för att omfatta Merkurius, Venus och kanske till och med Jorden.
Som ett resultat kommer att studera denna stjärna ge forskare insikt i vår sols framtida aktivitet, egenskaper och utseende. Till exempel har vår sol ungefär två miljoner konvektiva celler som vanligtvis mäter 2000 km (1243 mi) i diameter. Baserat på deras studie uppskattar teamet att ytan på Π1 Gruis har ett komplext konvektivt mönster, med granuler som mäter ungefär 1,2 x 10 ^ 8 km (62,137,119 mi) horisontellt eller 27 procent av stjärnans diameter.
Detta överensstämmer med vad astronomer har förutspått, vilket var att jätte- och supergigantiska stjärnor bara skulle ha några få stora konvektiva celler på grund av deras låga ytvikt. Som Baron antydde:
”Dessa bilder är viktiga eftersom storleken och antalet granuler på ytan faktiskt passar mycket bra med modeller som förutsäger vad vi borde se. Det säger att våra stjärnor av stjärnor inte är långt ifrån verkligheten. Vi är förmodligen på rätt väg att förstå den här typen av stjärnor. "
Den detaljerade kartan indikerade också skillnader i yttemperatur, vilket framgick av de olika färgerna på stjärnans yta. Detta överensstämmer också med vad vi vet om stjärnor, där temperaturvariationer indikerar processer som äger rum inuti. När temperaturen stiger och sjunker blir de varmare, mer flytande områdena ljusare (verkar vita) medan de kallare, tätare områdena blir mörkare (röd).
Med tanke framåt vill Paladini och hennes team skapa ännu mer detaljerade bilder på jättestjärnornas yta. Huvudsyftet med detta är att kunna följa utvecklingen av dessa granuler kontinuerligt, snarare än att bara få bilder av olika punkter i tid.
Från dessa och liknande studier kan vi inte bara lära oss mer om bildandet och utvecklingen av olika typer av stjärnor i vårt universum; vi är också säkra på att få en bättre förståelse för vad vårt solsystem är till för.
