ALMA objevila překvapivou spirální strukturu

ESO 039/12 tisková zpráva

Nová pozorování odhalují tajemství umírající hvězdy

Astronomové pracující s dalekohledem ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) objevili neočekávanou spirální strukturu obklopující starou hvězdu R Sculptoris. Je to vůbec poprvé, co se podařilo najít podobný útvar spojený s vnější sférickou obálkou u hvězdy ve fázi rudého obra. Poprvé mají astronomové také možnost získat informace o takovéto spirále ve třech rozměrech. Neobvyklý útvar pravděpodobně vznikl působením neviditelného průvodce, který kolem rudého obra obíhá. Tato práce je jedna z prvních, která byla zveřejněna na základě dat získaných přístrojem ALMA ve fázi počátečního vědeckého využití (Early Science phase). Článek byl zveřejněn v odborném časopise Nature.

Vědecký tým využívající dalekohled ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), nejvýkonnější přístroj svého druhu na světě, objevil překvapivou spirální strukturu v plynu obklopujícím rudého obra R Sculptoris [1][2][3]. To znamená, že kolem hvězdy by mohl obíhat dosud nespatřený souputník [4]. Astronomy také překvapilo velké množství hmoty, kterou tato hvězda do svého okolí vyvrhla.

„V minulosti jsme již pozorovali prachové obálky kolem hvězd tohoto typu, ale toto je poprvé, co jsme nalezli spirálu hmoty vycházející z hvězdy, a také její vnější obálku,“ říká Matthias Maercker (ESO a Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Německo) vedoucí autor článku prezentujícího tyto výsledky.

Protože hvězdy ve fázi rudého obra, jako třeba R Sculptoris, vyvrhují velké množství hmoty, přispívají prachem a plynem k celkovému objemu materiálu, který je následně opět použit při vzniku nových generací hvězd, planetárních soustav a případně i života. 

Dokonce i ve fázi počátečního vědeckého využití, kdy byla tato data získána, překonala ALMA velmi výrazně ostatní observatoře pro milimetrovou a submilimetrovou oblast. Dřívější pozorování jasně ukázala přítomnost sférické obálky kolem hvězdy R Sculptoris, ale žádné spirální struktury ani souputník spatřeny nebyly.

„Při pozorování této hvězdy pomocí ALMA nebyla ještě k dispozici ani celá polovina antén. Je opravdu úžasné si představit, čeho bude schopné celé pole ALMA, až bude v roce 2013 dokončeno,“ dodává Wouter Vlemmings (Chalmers University of Technology, Švédsko), spoluautor studie.

V závěru svého života se hvězdy až do hmotnosti osminásobku Slunce stávají rudými obry a ztrácejí velké množství hmoty v podobě hustého hvězdného větru. Ve fázi rudého obra hvězda rovněž prodělává opakované teplotní pulsy. Jedná se o krátkodobé zažehnutí explozivního hoření hélia ve slupce obklopují jádro hvězdy. Tyto pulsy následně vedou k tomu, že hmota je z povrchu hvězdy periodicky vyvrhována v mnohem větším množství. Tím vznikne mohutná slupka plynu a prachu obklopující hvězdu. Následně se však hvězda opět uklidní a vrátí se k původní rychlosti ztráty hmoty.

K tepelným pulsům dochází zhruba každých 10 000 až 50 000 let a trvají pouhé stovky let. Nová pozorování R Sculptoris ukazují, že tato hvězda prošla před 1 800 lety tepelným pulsem trvajícím asi 200 let. Neviditelná složka dvojhvězdy následně vytvarovala odvrženou hmotu do podoby pozorované spirály. 

„Díky tomu, že ALMA je schopná pozorovat opravdu jemné detaily ve struktuře obálky i spirály, můžeme lépe pochopit, co se s hvězdou dělo před tepelným pulsem, v jeho průběhu, i po něm,“ říká Matthias Maercker. „Vždycky jsme očekávali, že ALMA nám přinese nový pohled na vesmír. Ale to, že budeme objevovat úplně nové neočekávané věci již v prvních získaných datech, to je opravdu vzrušující.“ 

K popisu pozorované struktury kolem hvězdy R Sculptoris členové týmu vytvořili také počítačovou simulaci, aby mohli lépe sledovat vývoj tohoto dvojhvězdného systému [5]. A výpočty modelu velmi dobře souhlasí s pozorováním.

„Je opravdu náročným úkolem popsat teoreticky všechny pozorované detaily tak, jak je vidí ALMA, ale náš počítačový model ukázal, že jsme na dobré cestě. ALMA nám poskytuje úplně nový pohled na dění v tomto systému hvězd, a také na to, co se může stát s naším Sluncem za několik miliard let,“ dodává další spoluautor článku Shazrene Mohamed (South African Astronomical Observatory).

„V blízké budoucnosti nám pozorování hvězd jako je R Sculptoris pomocí zařízení ALMA pomohou pochopit, jak se prvky, ze kterých jsme složeni, dostaly na planety, jako je Země. Poskytnou nám také dobrou představu o tom, jak bude naše hvězda vypadat v daleké budoucnosti,“ uzavírá Matthias Maercker.

Zdroj

Poznámky

[1] R Sculptoris je příkladem hvězdy asymptotické větve obrů (AGB). Jedná se o hvězdy s počáteční hmotností 0,8 až 8 Sluncí v pozdních stadiích vývoje. Jsou to chladní rudí obři s velkou ztrátou hmoty ve formě silného hvězdného větru. Ve většině případů se jedná o dlouhoperiodické proměnné hvězdy. V nitru těchto hvězd je ukryto malé jádro z uhlíku a kyslíku. To je obklopeno hélio-vodíkovou slupkou, ve které probíhají termojaderné reakce, a ohromnou konvektivní obálkou. Do podoby AGB hvězdy se pravděpodobně postupně vyvine i naše Slunce.

[2] Obálka kolem AGB hvězd je složena z plynu a prachových částic. Zrnka prachu je možné pozorovat pomocí tepelné emise v daleké infračervené oblasti a na milimetrových vlnových délkách. Emise záření na milimetrových vlnových délkách pocházejí také z molekul CO, což umožňuje astronomům získat mapy plynových emisí s vysokým rozlišením, pocházejících ze silného hvězdného větru vytvářeného ABG hvězdami. Tato pozorování jsou tedy významná pro sledování rozložení plynu v okolí těchto hvězd. Vysoká citlivost dalekohledu ALMA umožňuje přímé zobrazování kondenzační zóny prachu a struktury hmoty obklopující ABG hvězdy, neboť zachycuje detaily menší než 0,1 obloukové vteřiny. 

[3] Podobná spirála, ale bez sférické obálky, byla pozorována pomocí dalekohledu HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope) u hvězdy LL Pegasi. Na rozdíl od nových pozorování ALMA tato data neumožňují trojrozměrnou rekonstrukci pozorovaných struktur. Pozorování pomocí HST umožňují detekovat prach, zatímco pozorování ALMA poskytují informaci o molekulárních emisích. 

[4] Neviditelní průvodci byli rovněž navrženi jako možné vysvětlení pro nepravidelné tvary planetárních mlhovin, tj. objektů, které mají velmi blízký vztah k tomuto typu hvězd. Po AGB fázi vývoje zakončují hvězdy o hmotnosti 0,8 –8 hmotností Slunce svůj život tak, že vytvoří planetární mlhovinu. Jedná se o zářící zbytky hvězdné plynné obálky odvržené během AGB fáze, která je ionizována ultrafialovým zářením centrální hvězdy. Mnoho planetárních mlhovin má extrémně složitou morfologii. Centrální dvojhvězda, disk materiálu a magnetické pole, to jsou navrhované mechanismy, které jsou schopné vytvořit takto komplikované tvary.

[5] Systém zde modelovaný obsahuje primární složku ve fázi AGB, která prochází termálním pulsem, a malého hvězdného souputníka. Vzájemná vzdálenost hvězd použitá při simulacích je 60 AU a celková hmotnost systému dosahuje dvou hmotností Slunce. Perioda oběhu je asi 350 let.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Unexpectedly large mass loss during the thermal pulse cycle of the red giant star R Sculptoris” autorů Maercker a kol., který vyšel v odborném časopise Nature.

Složení týmu: M. Maercker (ESO; Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Německo), S. Mohamed (Argelander Institute for Astronomy; South African Astronomical Observatory, Jihoafrická republika), W. H. T. Vlemmings (Onsala Space Observatory, Chalmers University of Technology, Onsala, Švédsko), S. Ramstedt (Argelander Institute), M. A. T. Groenewegen (Royal Observatory of Belgium, Brussels, Belgie), E. Humphreys (ESO), F. Kerschbaum (Department of Astronomy, University of Vienna, Rakousko), M. Lindqvist (Onsala Space Observatory), H. Olofsson (Onsala Space Observatory), C. Paladini (Department of Astronomy, University of Vienna, Rakousko), M. Wittkowski (ESO), I. de Gregorio-Monsalvo (Joint ALMA Observatory, Chile) a L. A. Nyman (Joint ALMA Observatory).

V roce 2012 slavíme 50. výročí založení ESO. ESO (Evropská jižní observatoř) je hlavní mezinárodní astronomickou organizací Evropy a patří k nejproduktivnějším astronomickým observatořím světa. Je podporována 15 členskými státy, kterými jsou: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních astronomických zařízení, která umožní významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli při propagaci a organizaci mezinárodní spolupráce na poli astronomického výzkumu. ESO v současnosti provozuje tři observatoře světově úrovně: La Silla, Paranal a Chajnantor, které se nacházejí na poušti Atacama v Chile. Na Paranalu se nachází VLT (Very Large Telescope = Velmi velký dalekohled) – nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle a VISTA, největší přehlídkový dalekohled pro infračervenou oblast na světě. Zároveň je ESO evropským zástupcem největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA budovaného na planině Chajnantor. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 39 metrů. Měl by pracovat v infračerveném i viditelném oboru záření a stane se největším dalekohledem světa.

Mezinárodní astronomická observatoř ALMA je společným projektem Evropy, severní Ameriky a východní Asie ve spolupráci s chilskou republikou. ALMA je za Evropu financována ESO, za severní Ameriku NSF (National Science Foundation) ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a s NSC (National Science Council of Taiwan) a za východní Asii NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu. Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

Observatoř ALMA bude slavnostně otevřena 13. března 2013.

Odkazy

• odborný článek v časopise Nature
• více o observatoři ALMA a ESO 
• Mezinárodní observatoř ALMA

Kontakty

Viktor Votruba; márodní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Matthias Maercker; ESO ALMA Cofund Fellow; Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Germany; Tel.: +49 228 735768; Mobil: +49 176 706 21 632; Email: maercker@astro.uni-bonn.de

Wouter Vlemmings; Onsala Space Observatory; Chalmers University of Technology, Sweden; Tel.: +46 31 772 5509; Mobil: +46 733 544 667; Email: wouter.vlemmings@chalmers.se

Shazrene S. Mohamed; Postdoctoral Research Fellow; South African Astronomical Observatory, Cape Town, South Africa; Tel.: +27 21 447 0025 ext 7025; Mobil: +27 729 661 707; Email: shazrene@saao.ac.za

Douglas Pierce-Price; Public Information Officer, ESO; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6759; Email: dpiercep@eso.org

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1239. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.