Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Omkring otte procent af de røde kæmper er dækket af solpletlignende mørke områder.

Tre veje til røde kæmper med pletter. Kredit:MPS/hormesdesign.de

Stjernepletter er mere almindelige blandt røde kæmpestjerner end tidligere antaget. I journalen Astronomi og astrofysik , forskere ledet af Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) i Tyskland rapporterer, at cirka otte procent af de røde giganter udviser sådanne pletter. De er udtryk for stærke magnetiske felter ved stjernens overflade. Disse magnetiske felter skabes dybt inde i stjernen i en proces, der kræver, blandt andet, konvektion og en hurtig rotation af stjernen. Selvom røde kæmper generelt betragtes som langsomt roterende stjerner, dem med stjernepletter er tilsyneladende en undtagelse. Den nye publikation tilbyder en omfattende analyse af årsagerne til deres korte rotationsperioder lige fra tvungen synkronisering med en anden, nærliggende stjerne, til at sluge en stjerne eller planet, til en hurtig initial rotationshastighed i en tidlig udviklingsfase.

Blandt solens mest slående træk er dens solpletter, relativt mørkere områder sammenlignet med resten af ​​overfladen, hvoraf nogle er synlige fra Jorden selv uden forstørrelse. Talrige andre stjerner, som ligesom Solen er i deres livs bedste, er også dækket af pletter. I røde kæmper, på den anden side, som er i et fremskredent stadium af stjernernes udvikling, sådanne pletter blev tidligere anset for at være sjældne. Årsagen til denne forskel kan findes dybt i stjernernes indre. I en dynamo-proces, samspillet mellem elektrisk ledende plasmastrømme og rotation genererer en stjernes magnetfelt, som derefter skylles op til dens overflade. Nogle steder, særligt stærke magnetfelter forhindrer varmt plasma i at strømme opad. Disse områder ser mørke ud og udgør stjernepletter.

"Rotation og konvektion er begge afgørende ingredienser for dannelsen af ​​overflademagnetiske felter og stjernepletter, " forklarer Dr. Federico Spada fra MPS, medforfatter til det nye studie. "Stjerner med ydre konvektive lag har potentialet til at generere magnetiske overfladefelter via dynamo-handling, men kun når stjernen roterer hurtigt nok, bliver den magnetiske aktivitet sporbar, " tilføjer han. Indtil nu, forskere havde antaget, at næsten alle røde kæmper roterer ret langsomt omkring deres egen akse. Trods alt, stjerner udvider sig dramatisk, når de udvikler sig til røde kæmper mod slutningen af ​​deres liv. Som et resultat bliver deres rotation langsommere, som en kunstskøjteløber, der laver en piruette med strakte arme. Den nye undersøgelse ledet af forskere fra MPS og New Mexico State University (USA) tegner nu et andet billede. Omkring otte procent af de observerede røde kæmper roterer hurtigt nok til, at stjernepletter kan dannes.

Forskerholdet gennemsøgte måledataene for omkring 4500 røde kæmper optaget af NASAs Kepler-rumteleskop fra 2009 til 2013 for at finde beviser for pletter. Sådanne pletter reducerer mængden af ​​lys, som en stjerne udsender til rummet. Da de normalt kun ændrer sig lidt over flere måneder, de roterer gradvist ud af teleskopets synsfelt – og dukker så op igen efter nogen tid. Dette giver typiske, regelmæssigt tilbagevendende lysstyrkeudsving.

I et andet trin, forskerne undersøgte spørgsmålet, hvorfor de plettede kæmper roterer så hurtigt. Hvordan samler de den nødvendige energi? "For at besvare dette spørgsmål, vi skulle bestemme så mange af stjernernes egenskaber som muligt og derefter sammensætte et samlet billede, " siger Dr. Patrick Gaulme, hovedforfatter af publikationen. Ved Apache Point Observatory i New Mexico (USA), for eksempel, forskerne undersøgte, hvordan stjernelysets bølgelængder fra nogle af stjernerne ændrer sig over tid. Dette tillader konklusioner om deres nøjagtige bevægelse. Holdet så også på hurtige udsving i lysstyrke, som er overlejret på de langsommere forårsaget af stjernepletter. De hurtigere udsving er udtryk for trykbølger, der forplanter sig gennem en stjernes indre til dens overflade. De indeholder oplysninger om mange indre egenskaber såsom stjernens masse og alder.

Analysen afslørede, at cirka 15 procent af de plettede kæmper tilhører tætte binære stjernesystemer, består normalt af en rød kæmpe med en lille og mindre massiv ledsager. "I sådanne systemer, rotationshastighederne for begge stjerner synkroniseres over tid, indtil de roterer i forening som et par kunstskøjteløbere, " siger Gaulme. Den langsommere røde kæmpe får dermed fart og spinner hurtigere, end den ville have gjort uden en ledsagerstjerne.

De andre røde kæmper med stjernepletter, omkring 85 pct. er på egen hånd - og alligevel roterer de hurtigt. Dem med en masse, der omtrent svarer til Solens, smeltede sandsynligvis sammen med en anden stjerne eller planet i løbet af deres udvikling og fik dermed fart. De noget tungere, hvis masser er to til tre gange Solens, se tilbage på en anden udvikling. I deres livs storhedstid, før de blev røde kæmper, deres indre struktur forhindrede skabelsen af ​​et globalt magnetfelt, der gradvist fører partikler væk fra stjernen. I modsætning til deres magnetiske modstykker, som derfor roterer langsommere og langsommere over tid, deres rotation er formentlig aldrig aftaget væsentligt. Selv som røde kæmper, de roterer stadig næsten lige så hurtigt, som de gjorde i deres ungdom.

"I alt, bag det fælles observationstræk, at nogle røde kæmper har pletter, vi finder tre grupper af hurtigt roterende stjerner, som hver især har en meget forskellig forklaring. Så det er ikke underligt, at fænomenet er mere udbredt, end vi tidligere troede, " siger Gaulme.

Undersøgelser som den nuværende forskning kaster lys, blandt andet, om udviklingen af ​​rotation og magnetisk aktivitet i stjerner, og deres komplekse samspil, herunder indvirkningen på beboeligheden af ​​de planetsystemer, de kan være vært for. Disse er blandt de primære mål for ESA's PLATO-mission, hvis opsendelse forventes i slutningen af ​​2026. "Vi ser frem til at have PLATO-missionen i rummet; med dens unikke langvarige observationer vil vi være i stand til at udvide undersøgelsen til andre områder af Mælkevejen, " slutter Spada.