Kæmpe bobler på røde kæmpe stjerners overflade

Astronomer, der bruger ESOs Very Large Telescope, har for første gang direkte observeret granuleringsmønstre på overfladen af ​​en stjerne uden for solsystemet - den aldrende røde kæmpe π1 Gruis. Dette bemærkelsesværdige nye billede fra PIONIER -instrumentet afslører de konvektive celler, der udgør overfladen af ​​denne enorme stjerne, som har 700 gange solens diameter. Hver celle dækker mere end en fjerdedel af stjernens diameter og måler cirka 120 millioner kilometer på tværs.

Beliggende 530 lysår fra Jorden i stjernebilledet Grus (kranen), π1 Gruis er en sej rød kæmpe. Den har omtrent samme masse som vores sol, men er 700 gange større og flere tusinde gange så lys. Vores sol vil svulme op for at blive en lignende rød kæmpestjerne om cirka fem milliarder år.

Et internationalt team af astronomer ledet af Claudia Paladini (ESO) brugte PIONIER -instrumentet på ESOs Very Large Telescope til at observere π1 Gruis mere detaljeret end nogensinde før. De fandt ud af, at overfladen af ​​denne røde kæmpe kun har et par konvektive celler, eller granulat, der hver er cirka 120 millioner kilometer på tværs - cirka en fjerdedel af stjernens diameter. Blot et af disse granulater ville strække sig fra Solen til ud over Venus. Overfladerne - kendt som fotosfærer - på mange kæmpestjerner er tilsløret af støv, hvilket hindrer observationer. Imidlertid, for π1 Gruis, selvom støv er til stede langt fra stjernen, det har ikke en væsentlig effekt på de nye infrarøde observationer.

Da π1 Gruis løb tør for brint for at brænde for længe siden, denne gamle stjerne ophørte med den første fase af sit atomfusionsprogram. Den skrumpede, da den løb tør for energi, får det til at varme op til over 100 millioner grader. Disse ekstreme temperaturer drev stjernens næste fase, da den begyndte at smelte helium til tungere atomer som kulstof og ilt. Denne intenst varme kerne udviste derefter stjernens ydre lag, får den til at ballonere hundredvis af gange større end dens oprindelige størrelse. Stjernen vi ser i dag er en variabel rød kæmpe. Indtil nu, overfladen af ​​en af ​​disse stjerner er aldrig før blevet afbildet i detaljer.

Til sammenligning, solens fotosfære indeholder omkring to millioner konvektive celler, med typiske diametre på kun 1500 kilometer. De store størrelsesforskelle i de konvektive celler i disse to stjerner kan delvist forklares med deres varierende overfladegraviteter. π1 Gruis er kun 1,5 gange Solens masse, men meget større, hvilket resulterer i en meget lavere overfladetyngde og kun få, ekstremt stort, granulat.

Mens stjerner mere massive end otte solmasser ender deres liv i dramatiske supernovaeksplosioner, mindre massive stjerner som denne udviser gradvist deres ydre lag, resulterer i smukke planetariske stjernetåger. Tidligere undersøgelser af π1 Gruis fandt en skal af materiale 0,9 lysår væk fra den centrale stjerne, menes at være skubbet ud for omkring 20 000 år siden. Denne relativt korte periode i en stjernes liv varer kun et par titusinder af år - sammenlignet med den samlede levetid på flere milliarder - og disse observationer afslører en ny metode til sondering af denne flygtige røde kæmpefase.

Denne forskning blev præsenteret i et papir "Store granuleringsceller på overfladen af ​​kæmpestjernen π1 Gruis", af C. Paladini et al., offentliggjort i tidsskriftet Natur den 21. december 2017.