Astronomowie nagrali bulgoczącą powierzchnię gigantycznej gwiazdy

Do tej pory dokładne obserwacje ruchów materii na powierzchni gwiazdy dotyczyły jedynie Słońca. W przypadku niektórych gwiazd udawało się uzyskiwać obrazy ich powierzchni dzięki interferometrii, jednak nie w sposób tak szczegółowy jak w najnowszych badaniach.

Co ciekawe, gwiazda R Doradus, którą zbadano w ten sposób, to czerwony olbrzym, czyli faza ewolucji gwiazd, w którą Słońce wejdzie za pięć miliardów lat. Analizując więc własności R Doradus dowiemy się więcej o przyszłości naszej najbliższej gwiazdy.

R Doradus ma średnicę 350 razy większą niż Słońce. Znajduje się 180 lat świetlnych od nas i na niebie widać ją w gwiazdozbiorze Złotej Ryby. Gwiazda jest ogromna i położona względne blisko, więc jest idealnym celem do szczegółowych obserwacji.

Do obserwacji wykorzystano sieć radioteleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), czyli zespół kilkudziesięciu anten radiowych pracujących na płaskowyżu Chajnantor w północnym Chile. ALMA to międzynarodowy projekt Europy, Ameryki Północnej i Azji Wschodniej, w którym Europę reprezentuje Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), którego członkiem jest Polska.

Obserwacje były przeprowadzone w lipcu i sierpniu 2023 roku. Dostrzeżono gigantyczne bąble gorącego gazu o rozmiarach 75 razy większych niż Słońce. Udało się prześledzić, jak pojawiają się na powierzchni i potem toną we wnętrzu gwiazdy.

Energia gwiazd pochodzi z fuzji jądrowej w ich wnętrzach. Może być unoszona w stronę powierzchni gwiazdy w wielkich, gorących bąblach gazu, które następnie ochładzają się i toną. Przykład jak to wygląda możemy zobaczyć w lampie lawowej. Takie mieszające ruchy znane są pod nazwą "konwekcja". Poza transportem energii, konwekcja przemieszcza ciężkie pierwiastki uformowane we wnętrzu, takie jak węgiel i azot. Ten mechanizm jest odpowiedzialny również za wiatry gwiazdowe, które następnie unoszą takie pierwiastki w kosmos, wzbogacając materię międzygwiazdową dla kolejnych generacji gwiazd i planet.

"Konwekcja tworzy piękną ziarnistą strukturę na powierzchni Słońca, ale trudno ją dostrzec na innych gwiazdach. Dzięki ALMA jesteśmy teraz w stanie nie tylko bezpośrednio zobaczyć granule konwekcyjne - o rozmiarach 75 razy większych niż nasze Słońce! - ale także zmierzyć po raz pierwszy, jak szybko się poruszają" - skomentował Theo Khouri, naukowiec z Chalmers University of Technology w Szwecji, współautor badań (https://www.nature.com/articles/s41586-024-07836-9).

Granule na powierzchni R Doradus poruszają się w jednomiesięcznym cyklu. To szybciej niż przypuszczano na podstawie wiedzy o konwekcji na Słońcu. Nie wiadomo, jaka jest przyczyna rozbieżności, być może konwekcja zmienia się wraz z tym, jak gwiazda starzeje się.

Publikacja opisująca wyniki badań ukazała się w czasopiśmie "Nature". Pierwszym autorem pracy jest Wouter Vlemmings, profesor Chalmers University of Technology. Pozostali autorzy to T. Khouri, B. Bojnordi , E. De Beck oraz M. Maercker, wszyscy z tego samego uniwersytetu.