Jeśli chodzi o patrzenie poza nasz Układ Słoneczny, astronomowie często zmuszeni są do teorii o tym, czego nie wiedzą na podstawie tego, co robią. Krótko mówiąc, muszą polegać na tym, czego nauczyliśmy się badając Słońce i planety z naszego Układu Słonecznego, aby zgadywać, w jaki sposób formowały się i ewoluowały inne układy gwiezdne i ich ciała.
Na przykład astronomowie nauczyli się wiele od naszego Słońca o tym, jak konwekcja odgrywa ważną rolę w życiu gwiazd. Do tej pory nie byli w stanie przeprowadzić szczegółowych badań powierzchni innych gwiazd ze względu na ich odległości i czynniki zaciemniające. Jednak na początku historycznym międzynarodowy zespół naukowców stworzył niedawno pierwsze szczegółowe obrazy powierzchni czerwonej gigantycznej gwiazdy znajdującej się w odległości około 530 lat świetlnych.
Badanie pojawiło się niedawno w czasopiśmie naukowymNatura pod tytułem „Duże komórki granulacyjne na powierzchni gigantycznej gwiazdy Π¹ Gruis”. Badanie prowadzone było przez Claudię Paladini z Université libre de Bruxelles i obejmowało członków Europejskiego Obserwatorium Południowego, Université de Nice Sophia-Antipolis, Georgia State University, Université Grenoble Alpes, Uppsala University, University of Vienna i University Exeter.
Ze względu na swoje badania zespół wykorzystał przyrząd do precyzyjnego obrazowania w bliskiej podczerwieni (PIONIER) Precision Integrated-Optics na bardzo dużym interferometrze teleskopowym ESO (VLTI) w celu obserwacji gwiazdy zwanej Π¹ Gruis. Położony 530 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Grusa (Żuraw), Π1 Gruis to fajny czerwony olbrzym. Chociaż ma tę samą masę co nasze Słońce, jest 350 razy większa i kilka tysięcy razy jaśniejsza.
Przez dziesięciolecia astronomowie próbowali dowiedzieć się więcej o właściwościach konwekcyjnych i ewolucji gwiazd, badając czerwone olbrzymy. To właśnie stały się główne gwiazdy sekwencji po wyczerpaniu paliwa wodorowego i powiększeniu do setek razy normalnej średnicy. Niestety badanie właściwości konwekcyjnych większości supergiantów było wyzwaniem, ponieważ ich powierzchnie są często zasłonięte przez pył.
Po uzyskaniu danych interferometrycznych na Π1 Gruis we wrześniu 2014 r. Zespół polegał następnie na oprogramowaniu i algorytmach do rekonstrukcji obrazów, aby skomponować obrazy powierzchni gwiazdy. Umożliwiło to zespołowi określenie wzorów konwekcji gwiazdy poprzez wybranie jej „granulek”, dużych ziarnistych plam na powierzchni, które wskazują szczyt komórki konwekcyjnej.
To był pierwszy raz, kiedy powstały takie obrazy i stanowią one przełom, jeśli chodzi o nasze rozumienie tego, w jaki sposób gwiazdy starzeją się i ewoluują. Jak wyjaśnił dr Fabien Baron, adiunkt na Georgia State University i współautor badania:
„Po raz pierwszy mamy tak gigantyczną gwiazdę, która jest jednoznacznie obrazowana z takim poziomem szczegółów. Powodem jest ograniczenie szczegółów, które możemy zobaczyć na podstawie wielkości teleskopu używanego do obserwacji. W tym artykule wykorzystaliśmy interferometr. Światło z kilku teleskopów jest łączone, aby przekroczyć granicę każdego teleskopu, osiągając w ten sposób rozdzielczość równoważną rozdzielczości znacznie większego teleskopu. ”
To badanie jest szczególnie istotne, ponieważ Π1 Gruis w ostatniej dużej fazie życia i przypomina, jak będzie wyglądało nasze Słońce, gdy zakończy się jego żywotność. Innymi słowy, kiedy nasze Słońce zużyje paliwo wodorowe za około pięć miliardów lat, znacznie się rozszerzy, aby stać się czerwoną olbrzymią gwiazdą. W tym momencie będzie wystarczająco duży, aby objąć Merkurego, Wenus, a może nawet Ziemię.
W rezultacie badanie tej gwiazdy da naukowcom wgląd w przyszłą aktywność, cechy i wygląd naszego Słońca. Na przykład nasze Słońce ma około dwóch milionów komórek konwekcyjnych, które zwykle mają średnicę 2000 km (1243 mil). Na podstawie swoich badań zespół ocenia, że powierzchnia Π1 Gruis ma złożony wzór konwekcyjny, z granulkami o wymiarach około 1,2 x 10 ^ 8 km (62 137 117 119 mil) w poziomie lub 27 procent średnicy gwiazdy.
Jest to zgodne z przewidywaniami astronomów, że gwiazdy gigantyczne i nadolbrzym powinny mieć tylko kilka dużych komórek konwekcyjnych z powodu ich niskiej grawitacji powierzchniowej. Jak wskazał Baron:
„Te obrazy są ważne, ponieważ rozmiar i liczba granulek na powierzchni bardzo dobrze pasują do modeli przewidujących to, co powinniśmy zobaczyć. To mówi nam, że nasze modele gwiazd nie są dalekie od rzeczywistości. Prawdopodobnie jesteśmy na dobrej drodze, aby zrozumieć tego rodzaju gwiazdy ”.
Szczegółowa mapa wskazała również różnice w temperaturze powierzchni, które były widoczne z różnych kolorów na powierzchni gwiazdy. Jest to również zgodne z tym, co wiemy o gwiazdach, gdzie zmiany temperatury wskazują procesy zachodzące w środku. Wraz ze wzrostem i spadkiem temperatur, cieplejsze, bardziej płynne obszary stają się jaśniejsze (wydają się białe), podczas gdy chłodniejsze, gęstsze obszary stają się ciemniejsze (czerwone).
Patrząc w przyszłość, Paladini i jej zespół chcą tworzyć jeszcze bardziej szczegółowe obrazy powierzchni gigantycznych gwiazd. Głównym celem tego jest ciągłe śledzenie ewolucji tych granulek, a nie tylko uzyskiwanie migawek różnych punktów w czasie.
Na podstawie tych i podobnych badań możemy nie tylko dowiedzieć się więcej na temat powstawania i ewolucji różnych typów gwiazd w naszym Wszechświecie; z pewnością lepiej zrozumiemy, do czego służy nasz Układ Słoneczny.
