Astronomowie uchwycili ruch bąbli gazu na powierzchni odległej gwiazdy

Dzięki sieci radioteleskopów ALMA naukowcom udało się uzyskać tak szczegółowe obrazy powierzchni gwiazdy R Doradus, że możliwe okazało się śledzenie ruchów bąbli gazu na jej powierzchni. Rezultaty opublikowano w „Nature”; poinformowało o nich także Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO).

Gwiazda R Doradus

.Do tej pory dokładne obserwacje ruchów materii na powierzchni gwiazdy dotyczyły jedynie Słońca. W przypadku niektórych gwiazd udawało się uzyskiwać obrazy ich powierzchni dzięki interferometrii, jednak nie w sposób tak szczegółowy jak w najnowszych badaniach.

Co ciekawe, gwiazda R Doradus, którą zbadano w ten sposób, to czerwony olbrzym, czyli faza ewolucji gwiazd, w którą Słońce wejdzie za pięć miliardów lat. Analizując więc własności R Doradus dowiemy się więcej o przyszłości naszej najbliższej gwiazdy.

R Doradus ma średnicę 350 razy większą niż Słońce. Znajduje się 180 lat świetlnych od nas i na niebie widać ją w gwiazdozbiorze Złotej Ryby. Gwiazda jest ogromna i położona względne blisko, więc jest idealnym celem do szczegółowych obserwacji.

Do obserwacji wykorzystano sieć radioteleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), czyli zespół kilkudziesięciu anten radiowych pracujących na płaskowyżu Chajnantor w północnym Chile. ALMA to międzynarodowy projekt Europy, Ameryki Północnej i Azji Wschodniej, w którym Europę reprezentuje Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), którego członkiem jest Polska.

Obserwacje były przeprowadzone w lipcu i sierpniu 2023 roku. Dostrzeżono gigantyczne bąble gorącego gazu o rozmiarach 75 razy większych niż Słońce. Udało się prześledzić, jak pojawiają się na powierzchni i potem toną we wnętrzu gwiazdy.

Ruch bąbli gazu

.Energia gwiazd pochodzi z fuzji jądrowej w ich wnętrzach. Może być unoszona w stronę powierzchni gwiazdy w wielkich, gorących bąblach gazu, które następnie ochładzają się i toną. Przykład jak to wygląda możemy zobaczyć w lampie lawowej. Takie mieszające ruchy znane są pod nazwą „konwekcja”. Poza transportem energii, konwekcja przemieszcza ciężkie pierwiastki uformowane we wnętrzu, takie jak węgiel i azot. Ten mechanizm jest odpowiedzialny również za wiatry gwiazdowe, które następnie unoszą takie pierwiastki w kosmos, wzbogacając materię międzygwiazdową dla kolejnych generacji gwiazd i planet.

„Konwekcja tworzy piękną ziarnistą strukturę na powierzchni Słońca, ale trudno ją dostrzec na innych gwiazdach. Dzięki ALMA jesteśmy teraz w stanie nie tylko bezpośrednio zobaczyć granule konwekcyjne – o rozmiarach 75 razy większych niż nasze Słońce! – ale także zmierzyć po raz pierwszy, jak szybko się poruszają” – skomentował Theo Khouri, naukowiec z Chalmers University of Technology w Szwecji, współautor badań.

Granule na powierzchni R Doradus poruszają się w jednomiesięcznym cyklu. To szybciej niż przypuszczano na podstawie wiedzy o konwekcji na Słońcu. Nie wiadomo, jaka jest przyczyna rozbieżności, być może konwekcja zmienia się wraz z tym, jak gwiazda starzeje się.

Publikacja opisująca wyniki badań ukazała się w czasopiśmie „Nature”. Pierwszym autorem pracy jest Wouter Vlemmings, profesor Chalmers University of Technology. Pozostali autorzy to T. Khouri, B. Bojnordi , E. De Beck oraz M. Maercker, wszyscy z tego samego uniwersytetu.

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.

„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.

„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.

„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.

„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy„.

PAP/WszystkocoNajważniejsze/MB