Als het erom gaat verder te kijken dan ons zonnestelsel, worden astronomen vaak gedwongen om te theoretiseren over wat ze niet weten op basis van wat ze doen. Kortom, ze moeten vertrouwen op wat we hebben geleerd bij het bestuderen van de zon en de planeten van ons eigen zonnestelsel om weloverwogen gissingen te doen over hoe andere sterrenstelsels en hun respectievelijke lichamen zijn gevormd en geëvolueerd.
Zo hebben astronomen veel van onze zon geleerd over hoe convectie een grote rol speelt in het leven van sterren. Tot nu toe konden ze vanwege hun afstanden en verduisteringsfactoren geen gedetailleerde studies uitvoeren van de oppervlakken van andere sterren. Echter, in een historische primeur, heeft een internationaal team van wetenschappers onlangs de eerste gedetailleerde beelden gemaakt van het oppervlak van een rode gigantische ster op ongeveer 530 lichtjaar afstand.
De studie verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschriftNatuur onder de titel "Grote granulatiecellen op het oppervlak van de gigantische ster Π¹ Gruis". De studie werd geleid door Claudia Paladini van de Université libre de Bruxelles en omvatte leden van de European Southern Observatory, de Université de Nice Sophia-Antipolis, Georgia State University, de Université Grenoble Alpes, Uppsala University, de Universiteit van Wenen en de Universiteit van Exeter.
Omwille van hun studie gebruikte het team het Precision Integrated-Optics Near-infrarood Imaging ExpeRiment (PIONIER) -instrument op de ESO's Very Large Telescope Interferometer (VLTI) om de ster bekend als Π¹ Gruis te observeren. Gelegen op 530 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Grus (The Crane), Π1 Gruis is een coole rode reus. Hoewel het dezelfde massa is als onze zon, is het 350 keer groter en enkele duizenden keer zo helder.
Al tientallen jaren proberen astronomen meer te leren over de convectie-eigenschappen en evolutie van sterren door rode reuzen te bestuderen. Dit zijn wat sterren van de hoofdreeks worden zodra ze hun waterstofbrandstof hebben uitgeput en uitzetten tot honderden keren hun normale diameter. Helaas was het bestuderen van de convectie-eigenschappen van de meeste superreuzen een uitdaging omdat hun oppervlakken vaak worden verduisterd door stof.
Na het verkrijgen van interferometrische gegevens op Π1 Gruis in september 2014 vertrouwde het team vervolgens op software voor beeldreconstructie en algoritmen om afbeeldingen van het oppervlak van de ster samen te stellen. Hierdoor kon het team de convectiepatronen van de ster bepalen door de 'korrels' eruit te halen, de grote korrelige plekken op het oppervlak die de bovenkant van een convectiecel aangeven.
Het was voor het eerst dat dergelijke beelden zijn gemaakt en betekenen een grote doorbraak als het gaat om ons begrip van hoe sterren verouderen en evolueren. Zoals Dr. Fabien Baron, een assistent-professor aan de Georgia State University en co-auteur van de studie, uitlegde:
“Dit is de eerste keer dat we zo'n gigantische ster hebben die ondubbelzinnig in beeld is gebracht met dat niveau van details. De reden is dat er een limiet is aan de details die we kunnen zien op basis van de grootte van de telescoop die voor de waarnemingen wordt gebruikt. Voor dit papier hebben we een interferometer gebruikt. Het licht van verschillende telescopen wordt gecombineerd om de limiet van elke telescoop te overschrijden, waardoor een resolutie wordt bereikt die gelijk is aan die van een veel grotere telescoop. ”
Deze studie is vooral belangrijk omdat Π1 Gruis bevindt zich in de laatste grote levensfase en lijkt op hoe onze zon eruit zal zien als hij aan het einde van zijn levensduur is. Met andere woorden, als onze zon in ongeveer vijf miljard jaar zijn waterstofbrandstof opgebruikt, zal hij aanzienlijk uitgroeien tot een rode reuzenster. Op dit punt zal het groot genoeg zijn om Mercurius, Venus en misschien zelfs de aarde te omvatten.
Als gevolg hiervan zal het bestuderen van deze ster wetenschappers inzicht geven in de toekomstige activiteit, kenmerken en het uiterlijk van onze zon. Onze zon heeft bijvoorbeeld ongeveer twee miljoen convectieve cellen die doorgaans een diameter van 2000 km (1243 mijl) meten. Op basis van hun studie schat het team dat de oppervlakte van Π1 Gruis heeft een complex convectiepatroon, met korrels die ongeveer 1,2 x 10 ^ 8 km (62,137,119 mi) horizontaal meten of 27 procent van de diameter van de ster.
Dit komt overeen met wat astronomen hebben voorspeld, namelijk dat gigantische en superreuzen vanwege hun lage zwaartekracht slechts een paar grote convectiecellen zouden moeten hebben. Zoals Baron aangaf:
“Deze afbeeldingen zijn belangrijk omdat de grootte en het aantal korrels op het oppervlak eigenlijk heel goed passen bij modellen die voorspellen wat we zouden moeten zien. Dat vertelt ons dat onze modellen van sterren niet ver van de werkelijkheid verwijderd zijn. We zijn waarschijnlijk op de goede weg om dit soort sterren te begrijpen. "
De gedetailleerde kaart wees ook op verschillen in oppervlaktetemperatuur, die duidelijk werden door de verschillende kleuren op het oppervlak van de ster. Dit komt ook overeen met wat we weten over sterren, waar temperatuurschommelingen indicatief zijn voor processen die binnen plaatsvinden. Naarmate de temperatuur stijgt en daalt, worden de warmere, meer vloeibare gebieden helderder (wit) en de koelere, dichtere gebieden donkerder (rood).
Vooruitblikkend willen Paladini en haar team nog gedetailleerdere afbeeldingen maken van het oppervlak van gigantische sterren. Het belangrijkste doel hiervan is om de evolutie van deze korrels continu te kunnen volgen, in plaats van alleen snapshots te krijgen van verschillende tijdstippen.
Uit deze en soortgelijke studies zullen we niet alleen meer leren over de vorming en evolutie van verschillende soorten sterren in ons heelal; we zullen ook zeker een beter begrip krijgen van waar ons zonnestelsel voor staat.
