Astrofizycy badający z niespotykaną dotąd szczegółowością czerwoną olbrzyma o nazwie V Hydrae – w skrócie V Hya – byli świadkami tajemniczych agonii gwiazdy.
Naukowcy z UCLA i NASA Jet Propulsion Laboratory odkryli, że bogata w węgiel gwiazda wyrzuciła sześć powoli rozszerzających się pierścieni molekularnych i strukturę w kształcie klepsydry, wyrzucając materię w przestrzeń z dużymi prędkościami, sygnalizując, że gwiazda przechodzi szybką ewolucję, gdy kończy swoje życie w blasku chwały przed wyłączeniem produkcji energii.
„To pierwszy i jedyny raz, kiedy seria rozszerzających się pierścieni została zaobserwowana wokół gwiazdy, która jest w agonii – seria rozszerzających się „pierścieni dymu”, które obliczyliśmy, jest wydmuchiwanych co kilkaset lat” – powiedział. Mark Morris, profesor fizyki i astronomii na UCLA oraz współautor badania.
Wyniki badania, które przeprowadzono przy użyciu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, znanego jako ALMA, oraz dane z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a zostały opublikowane 28 marca w Astrophysical Journal.
Ponad 90% gwiazd o masie równej lub większej od masy Słońca ewoluuje w to, co naukowcy nazywają asymptotycznymi gwiazdami olbrzymów lub gwiazdami AGB, których przykładem jest V Hya. Gwiazda znajduje się około 1300 lat świetlnych od Ziemi w konstelacji Hydry.
Spośród tych milionów gwiazd, V Hya cieszy się szczególnym zainteresowaniem astronomów ze względu na swoje unikalne zachowanie i cechy, w tym niezwykle duże erupcje plazmy, które występują w przybliżeniu co osiem lat oraz obecność prawie niewidocznej gwiazdy towarzyszącej, która przyczynia się do wybuchu V Hya. zachowanie.
„Złapaliśmy tę umierającą gwiazdę w procesie zrzucania atmosfery – ostatecznie większości jej masy – co jest czymś, co robi większość późnych czerwonych olbrzymów” – powiedział Morris. „Ale ku naszemu zdziwieniu odkryliśmy, że materia w tym przypadku jest wydalana jako seria pierścieni”.
Morris powiedział, że zespół zaobserwował również szybkie podmuchy gazu, prostopadłe do tych pierścieni, które zostały wyrzucone w dwóch przeciwnych kierunkach. Dodał, że mechanizm wytwarzający pierścienie jest nieznany i będzie wymagał dalszych badań.
„Podejrzewamy, że może to być związane z obecnością orbitujących gwiazd towarzyszących, ale trudno to wytłumaczyć, biorąc pod uwagę kilkusetletni odstęp między wyrzutami pierścieni” – powiedział Morris. „Ta gwiazda wprowadza nową i fascynującą zmarszczkę do naszego zrozumienia, w jaki sposób gwiazdy kończą swoje życie”.
Raghvendra Sahai, astronom z JPL i główny autor badania, powiedział, że badania wskazują, że wcześniejsze założenia dotyczące śmierci gwiazd mogą być błędne.
„Nasze badanie w sposób dramatyczny ujawnia, że tradycyjny model umierania gwiazd AGB – poprzez masowe wyrzucanie paliwa przez powolny, stosunkowo stały, kulisty wiatr przez ponad 100 000 lat – jest w najlepszym razie niekompletny, a w najgorszym – błędny. ” powiedział.
Sześć pierścieni, które rozszerzyły się z V Hya w ciągu około 2100 lat, utworzyło wypaczoną, podobną do dysku strukturę, tworząc bogaty w pył region wokół gwiazdy – donoszą naukowcy. Zespół nazwał strukturę DUDE, od Disk Undergoing Dynamical Expansion.
„V Hya znajduje się w krótkiej, ale krytycznej fazie przejściowej, przez którą przechodzą umierające gwiazdy pod koniec swojego życia” – powiedział Sahai. „To faza, w której tracą większość swojej masy. Prawdopodobnie ta faza nie trwa zbyt długo, więc trudno jest ich złapać na gorącym uczynku. Mieliśmy szczęście z V Hya i byliśmy w stanie wyobrazić sobie wszystkie inne działania prowadzone w tej gwieździe i wokół niej, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób umierające gwiazdy tracą masę pod koniec swojego życia”.
Ostatni akt V Hya wytworzył również strukturę w kształcie klepsydry, wyśrodkowaną na gwieździe i zorientowaną prostopadle do dysku. Dwa płaty klepsydry zostały ukształtowane przez ukierunkowany, szybki wiatr, który wieje w dwóch przeciwnych kierunkach z prędkością do 500 000 mil na godzinę.
Ze względu na duże ilości pyłu otaczającego gwiazdę, badanie V Hya wymagało unikalnego instrumentu zdolnego do wyraźnego obserwowania zimnej materii niemożliwej do wykrycia za pomocą teleskopów optycznych. Odbiorniki ALMA są wyjątkowo czułe na bardzo krótkie fale radiowe o długości około 1 milimetra, co ujawniło liczne pierścienie gwiazdy i wypływy gazu molekularnego z niezwykłą wyrazistością.
Naukowcy wykorzystali dodatkowe dane w podczerwieni, optyczne i ultrafioletowe, aby stworzyć niezwykły obraz spektakularnego pokazu w naszej galaktyce, z których większość była nieoczekiwana, powiedział Morris.
„Za każdym razem, gdy obserwujemy V Hya, coraz bardziej przypomina cyrk, a każdy nowy etap ewolucji charakteryzuje się jeszcze większą różnorodnością imponujących wyczynów” – powiedział Sahai. „V Hydrae zrobiła na nas wrażenie swoimi licznymi pierścieniami i aktami, a ponieważ nasze własne słońce może pewnego dnia spotkać podobny los, zwraca na nas baczną uwagę”.
Badania zostały częściowo sfinansowane przez Narodową Fundację Nauki i NASA.