Ser en sjælden kæmpestjernes død

Et team af astronomer ledet af University of Arizona har skabt et detaljeret, tredimensionelt billede af en døende hypergigantisk stjerne. Holdet, ledet af UArizona-forskerne Ambesh Singh og Lucy Ziurys, sporede fordelingen, retningerne og hastighederne af en række forskellige molekyler omkring en rød hypergigantisk stjerne kendt som VY Canis Majoris.

Deres resultater, som de præsenterede den 13. juni på det 240. møde i American Astronomical Society i Pasadena, Californien, giver indsigt i et hidtil uset omfang i de processer, der ledsager gigantiske stjerners død. Arbejdet blev udført med samarbejdspartnere Robert Humphreys fra University of Minnesota og Anita Richards fra University of Manchester i Storbritannien. Holdet planlægger at offentliggøre sine resultater i en række artikler.

Ekstreme supergigantiske stjerner kendt som hypergiganter er meget sjældne, med kun få kendt for at eksistere i Mælkevejen. Eksempler omfatter Betelgeuse, den næststørste stjerne i stjernebilledet Orion, og NML Cygni, også kendt som V1489 Cygni, i stjernebilledet Cygnus. I modsætning til stjerner med lavere masse - som er mere tilbøjelige til at puste op, når de går ind i den røde kæmpefase, men generelt bevarer en sfærisk form - har hypergiganter en tendens til at opleve betydelige, sporadiske massetabshændelser, der danner komplekse, meget uregelmæssige strukturer sammensat af buer, klumper og knob.

Beliggende omkring 3.009 lysår fra Jorden, VY Canis Majoris – eller VY CMa, for kort – er en pulserende variabel stjerne i det lidt sydlige stjernebillede Canis Major. Strækker sig over alt fra 10.000 til 15.000 astronomiske enheder (hvor 1 AU er den gennemsnitlige afstand mellem Jorden og solen) er VY CMa muligvis den mest massive stjerne i Mælkevejen, ifølge Ziurys.

"Tænk på det som Betelgeuse på steroider," sagde Ziurys, en Regents Professor med fælles udnævnelser i UArizona Department of Chemistry and Biochemistry og Steward Observatory, begge en del af College of Science. "Den er meget større, meget mere massiv og gennemgår voldsomme masseudbrud hvert 200. år eller deromkring."

Holdet valgte at studere VY CMa, fordi det er et af de bedste eksempler på disse typer stjerner.

"Vi er særligt interesserede i, hvad hypergigantiske stjerner gør ved slutningen af ​​deres liv," sagde Singh, en fjerdeårs doktorand i Ziurys' laboratorium. "Folk plejede at tro, at disse massive stjerner simpelthen udviklede sig til supernovaeksplosioner, men det er vi ikke længere sikre på."

"Hvis det var tilfældet, skulle vi se mange flere supernovaeksplosioner hen over himlen," tilføjede Ziurys. "Vi tror nu, at de stille og roligt kan kollapse i sorte huller, men vi ved ikke, hvilke ender deres liv sådan, eller hvorfor det sker og hvordan."

Tidligere billeddannelse af VY CMa med NASA's Hubble-rumteleskop og spektroskopi viste tilstedeværelsen af ​​distinkte buer og andre klumper og knuder, mange strækker sig tusindvis af AU fra den centrale stjerne. For at afdække flere detaljer om de processer, hvorved hyperkæmpestjerner afslutter deres liv, satte holdet sig for at spore visse molekyler omkring hypergiganten og kortlægge dem til allerede eksisterende billeder af støvet, taget af Hubble-rumteleskopet.

"Ingen har været i stand til at lave et komplet billede af denne stjerne," sagde Ziurys og forklarede, at hendes team satte sig for at forstå de mekanismer, hvorved stjernen afgiver masse, som ser ud til at være anderledes end mindre stjerner, der går ind i deres røde kæmpefase. i slutningen af ​​deres liv.

"Du ser ikke dette pæne, symmetriske massetab, men snarere konvektionsceller, der blæser gennem stjernens fotosfære som gigantiske kugler og skubber masse ud i forskellige retninger," sagde Ziurys. "Disse er analoge med de koronale buer set i solen, men en milliard gange større."

Holdet brugte Atacama Large Millimeter Array, eller ALMA, i Chile til at spore en række forskellige molekyler i materiale, der blev kastet ud fra stjernens overflade. Mens nogle observationer stadig er i gang, blev der opnået foreløbige kort over svovloxid, svovldioxid, siliciumoxid, phosphoroxid og natriumchlorid. Ud fra disse data konstruerede gruppen et billede af den globale molekylære udstrømningsstruktur af VY CMa på skalaer, der omfattede alt udstødt materiale fra stjernen.

"Molekylerne sporer buerne i konvolutten, hvilket fortæller os, at molekyler og støv er godt blandet," sagde Singh. "Det fine ved emissioner af molekyler ved radiobølgelængder er, at de giver os hastighedsinformation i modsætning til støvemissionen, som er statisk."

Ved at flytte ALMAs 48 radioskåle ind i forskellige konfigurationer var forskerne i stand til at opnå information om molekylernes retninger og hastigheder og kortlægge dem på tværs af de forskellige områder af hypergigantens hylster i betydelige detaljer, endda korrelere dem til forskellige masseudstødningsbegivenheder over tid. .

Behandling af dataene krævede nogle tunge løft med hensyn til computerkraft, sagde Singh.

"Indtil videre har vi behandlet næsten en terabyte fra ALMA, og vi modtager stadig data, som vi skal igennem for at få den bedst mulige opløsning," sagde han. "Bare kalibrering og rensning af data kræver op til 20.000 iterationer, hvilket tager en dag eller to for hvert molekyle."

"Med disse observationer kan vi nu sætte disse på kort på himlen," sagde Ziurys. "Indtil nu var kun små dele af denne enorme struktur blevet undersøgt, men man kan ikke forstå massetabet, og hvordan disse store stjerner dør, medmindre man ser på hele regionen. Det er derfor, vi ønskede at skabe et komplet billede." + Udforsk yderligere

Hubble løser mysteriet om monsterstjernes dæmpning