Røde supergigantiske stjerner bobler og fråder så meget, at deres position på himlen ser ud til at danse rundt

At lave et 3D-kort over vores galakse ville være lettere, hvis nogle stjerner opførte sig længe nok til, at vi kunne beregne afstandene til dem. Men røde supergiganter er de sprælske børn på blokken, når det kommer til at fastlægge deres nøjagtige placeringer. Det er fordi de ser ud til at danse rundt, hvilket gør det svært at finde deres plads i rummet. Den slingre er et træk, ikke en fejl, af disse massive gamle stjerner, og videnskabsmænd vil gerne forstå hvorfor.

Så som med andre udfordrende objekter i galaksen har astronomer henvendt sig til computermodeller for at finde ud af hvorfor. Derudover bruger de Gaia-missionspositionsmålinger til at få styr på, hvorfor røde supergiganter ser ud til at danse.

Forstå røde supergiganter

Populationen af ​​røde supergiganter har flere fælles kendetegn. Det er stjerner, der er mindst otte gange solens masse - de er enorme. En typisk er mindst 700 til 1.000 gange soldiameteren. Ved 3500 K er de meget køligere end vores ~6000 K stjerne, selvom det er svært at måle disse temperaturer. De er super lyse i infrarødt lys, men svagere i synligt lys end andre stjerner. De varierer også i deres lysstyrke, hvilket (for nogle af dem) kan være relateret til den dansende bevægelse. Mere om det om et øjeblik.

Hvis solen var en rød superkæmpe, ville Jorden ikke være omkring. Det skyldes, at stjernens atmosfære ville have nået ud til Mars og opslugt vores planet. De bedst kendte eksempler på disse stjerner er Betelgeuse og Antares. Røde supergiganter findes i hele galaksen. Der er en befolkning af dem, du kan se om natten i en nærliggende klynge kaldet Chi Persei. Det er en del af den velkendte dobbeltklynge.

Strukturen af ​​røde supergiganter

Så vi har denne population af stjerner, der ikke opfører sig som forventet og ikke egner sig til nemme målinger. Hvorfor det? De har udvidet sig så meget, at de ender med en meget lav overfladetyngdekraft. På grund af det bliver deres konvektivitetsceller (de strukturer, der transporterer varme indefra til overfladen) ret store. En celle dækker så meget som 20-30 % af stjernens radius. Det "afbryder" faktisk stjernens lysstyrke.

Konvektionen flytter ikke kun varme indefra og ud, men hjælper også stjernen med at skubbe materiale ud i det nærliggende rum. Og vi taler heller ikke om små puf af gas og plasma. En rød supergigant kan sende en milliard gange mere masse til rummet, end solen gør. Al den handling får stjernen til at virke skummende og som om dens overflade koger vanvittigt. I bund og grund får det stjernens position til at se ud til at danse på himlen.

Røde supergiganter i den store sammenhæng

Rødt superkæmpemateriale bliver en del af den kemiske "opgørelse" af galakser. De elementer, disse stjerner skaber, bliver til nye stjerner og verdener. Så det hjælper at få en god forståelse af, hvordan disse stjerner mister deres masse gennem deres liv. Det er alt sammen en del af forståelsen af ​​stjernernes udvikling i Mælkevejen og dens indvirkning på det kosmiske miljø. Det er derfor, astronomer ønsker at spore den samlede masse, som disse aldrende stjerner blæser ud i rummet. De måler også stjernernes vindhastighed og beregner geometrien af ​​skyen af ​​"stjernestof", der omslutter en rød superkæmpe.

Hvad har det nu med dansehandlingen at gøre? Nå, kogningen af ​​konvektionscellerne og opbygningen af ​​en skal af materiale omkring stjernen bidrager til dens variabilitet. Det vil sige, at det påvirker lysstyrken over tid.

En måde, som astronomer bruger til at bestemme en stjernes nøjagtige position, er ved at bruge dens "foto-center". Det er stjernens lyscentrum. Hvis stjernen varierer i lysstyrke (uanset grund), forskydes det fotocenter. Det vil ikke matche barycenteret. (Det er det fælles tyngdepunkt mellem stjernen og resten af ​​dens system. Det er en komponent i afstandsmålinger.) I bund og grund varierer fotocentret, efterhånden som stjernens lysstyrke ændres. Kombineret med virkningen af ​​de enorme konvektionsceller ser stjernen ud til at danse i rummet.

Dansen ændrer afstandsestimatet

Det røde superkæmpe "positionsproblem" tiltrak Andrea Chiavassa (Laboratoire Lagrange, Exzellenzcluster ORIGINS og Max Planck Institute for Astrophysics). Hun og astronom Rolf Kudritzki (München University of Observatory og Institute of Hawai'i) og et videnskabshold skabte simuleringer af de kogende overflader og variabiliteten af ​​rød supergigants lysstyrke.

"De syntetiske kort viser ekstremt uregelmæssige overflader, hvor de største strukturer udvikler sig på tidsskalaer på måneder eller endda år, mens mindre strukturer udvikler sig i løbet af flere uger," sagde Chiavassa. "Det betyder, at stjernens position forventes at ændre sig som en funktion af tiden."

I deres Astronomy &Astrophysics undersøgelse sammenlignede holdet deres model med stjerner i Chi Persei. Denne hob blev målt af Gaia-satellitten, så positionerne for de fleste af dens stjerner er meget præcise. Nå, alle undtagen de røde supergiganter. "Vi fandt ud af, at røde supergiganters positionsusikkerhed er meget større end for andre stjerner. Dette bekræfter, at deres overfladestrukturer ændrer sig dramatisk med tiden som forudsagt af vores beregninger," forklarede Kudritzki.

Denne ændring i observerbar position giver en løsning til at forstå de skiftende positioner af røde supergiganter. Det giver til gengæld vanskeligheder med at måle nøjagtige afstande til mange af disse stjerner. Den nuværende model giver også fingerpeg om udviklingen af ​​disse objekter. Men at vide, hvad der får stjernerne til at danse, giver en vej til en løsning, når de beregner deres afstande. Fremtidige modeller vil hjælpe astronomer med at forfine disse afstande og give mere indsigt i, hvad der sker med disse stjerner, når de bliver ældre. + Udforsk yderligere

Kemiske signaturer af jern forudsiger rød superkæmpetemperatur