Zespół astronomów pod przewodnictwem Uniwersytetu Arizona stworzył szczegółowy, trójwymiarowy obraz umierającej gwiazdy hiperolbrzyma. Zespół kierowany przez badaczy z UArizona, Ambesha Singha i Lucy Ziurys, prześledził rozkład, kierunki i prędkości różnych molekuł otaczających czerwoną gwiazdę hiperolbrzyma znaną jako VY Canis Majoris.
Ich odkrycia, które zaprezentowali 13 czerwca na 240. spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Pasadenie w Kalifornii, oferują wgląd na bezprecedensową skalę w procesy towarzyszące śmierci gigantycznych gwiazd. Praca została wykonana ze współpracownikami Robertem Humphreysem z University of Minnesota i Anitą Richards z University of Manchester w Wielkiej Brytanii.
Ekstremalne nadolbrzymy, znane jako hiperolbrzymy, są bardzo rzadkie, a wiadomo, że istnieją tylko nieliczne w Drodze Mlecznej. Przykłady obejmują Betelgeuse, drugą najjaśniejszą gwiazdę w konstelacji Oriona, oraz NML Cygni, znaną również jako V1489 Cygni, w gwiazdozbiorze Łabędzia. W przeciwieństwie do gwiazd o niższych masach – które są bardziej podatne na nadęcie po wejściu w fazę czerwonego olbrzyma, ale generalnie zachowują kulisty kształt – hiperolbrzymy mają tendencję do doświadczania znacznych, sporadycznych zdarzeń utraty masy, które tworzą złożone, wysoce nieregularne struktury złożone z łuków. kępy i sęki.
Znajdujący się około 3 009 lat świetlnych od Ziemi VY Canis Majoris – lub w skrócie VY CMa – jest pulsującą gwiazdą zmienną w nieco południowej konstelacji Wielkiego Psa. Rozciągający się w dowolnym miejscu od 10 000 do 15 000 jednostek astronomicznych (przy czym 1 AU to średnia odległość między Ziemią a Słońcem) VY CMa jest prawdopodobnie najmasywniejszą gwiazdą w Drodze Mlecznej, według Ziurysa.
„Pomyśl o tym jak o Betelgezie na sterydach” – powiedział Ziurys, profesor Regents, mianowany wspólnie na Wydziale Chemii i Biochemii UArizona oraz w Obserwatorium Steward, które są częścią College of Science. „Jest znacznie większy, znacznie masywniejszy i co około 200 lat przechodzi gwałtowne masowe erupcje”.
Zespół postanowił zbadać VY CMa, ponieważ jest to jeden z najlepszych przykładów tego typu gwiazd.
„Jesteśmy szczególnie zainteresowani tym, co robią gwiazdy hiperolbrzymów pod koniec swojego życia” – powiedział Singh, doktorant czwartego roku w laboratorium Ziurysa. „Ludzie myśleli, że te masywne gwiazdy po prostu ewoluują w wybuchy supernowych, ale nie jesteśmy już tego pewni”.
„Gdyby tak było, powinniśmy zobaczyć o wiele więcej wybuchów supernowych na niebie” – dodał Ziurys. „Teraz myślimy, że mogą po cichu zapaść się w czarne dziury, ale nie wiemy, które z nich kończą w ten sposób swoje życie, dlaczego tak się dzieje i jak”.
Poprzednie obrazowanie VY CMa za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i spektroskopii wykazało obecność wyraźnych łuków oraz innych skupisk i węzłów, z których wiele rozciąga się na tysiące AU od gwiazdy centralnej. Aby odkryć więcej szczegółów na temat procesów, w których hiperolbrzym kończą swoje życie, zespół postanowił prześledzić pewne molekuły wokół hiperolbrzyma i odwzorować je na wcześniej istniejących zdjęciach pyłu, wykonanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a.
„Nikt nie był w stanie wykonać pełnego obrazu tej gwiazdy” – powiedziała Ziurys, wyjaśniając, że jej zespół postanowił zrozumieć mechanizmy, dzięki którym gwiazda zrzuca masę, które wydają się różnić od tych, które pojawiają się w przypadku mniejszych gwiazd wchodzących w fazę czerwonego olbrzyma. pod koniec ich życia.
„Nie widać tego ładnego, symetrycznego ubytku masy, ale raczej komórki konwekcyjne, które przedzierają się przez fotosferę gwiazdy jak gigantyczne kule i wyrzucają masę w różnych kierunkach” – powiedział Ziurys. „Są analogiczne do łuków koronalnych widocznych na Słońcu, ale są miliard razy większe”.
Zespół wykorzystał Atacama Large Millimeter Array (ALMA) w Chile do śledzenia różnych molekuł w materiale wyrzuconym z powierzchni gwiazdy. W trakcie niektórych obserwacji uzyskano wstępne mapy tlenku siarki, dwutlenku siarki, tlenku krzemu, tlenku fosforu i chlorku sodu. Na podstawie tych danych grupa stworzyła obraz globalnej struktury wypływu molekularnego VY CMa w skali, która obejmowała całą materię wyrzuconą z gwiazdy.
„Cząsteczki śledzą łuki w otoczce, co mówi nam, że cząsteczki i pył są dobrze wymieszane” – powiedział Singh. „Zaletą emisji cząsteczek na falach radiowych jest to, że dostarczają nam informacji o prędkości, w przeciwieństwie do emisji pyłu, która jest statyczna”.
Przesuwając 48 anten radiowych ALMA w różne konfiguracje, naukowcy byli w stanie uzyskać informacje o kierunkach i prędkościach cząsteczek i zmapować je w różnych regionach otoczki hiperolbrzyma ze znacznymi szczegółami, a nawet skorelować je z różnymi zdarzeniami wyrzutu masy w czasie .
Przetwarzanie danych wymagało trochę ciężkiego podnoszenia pod względem mocy obliczeniowej, powiedział Singh.
„Do tej pory przetworzyliśmy prawie terabajt z ALMA i nadal otrzymujemy dane, przez które musimy przejść, aby uzyskać najlepszą możliwą rozdzielczość” – powiedział. „Samo kalibracja i czyszczenie danych wymaga do 20 000 iteracji, co zajmuje dzień lub dwa dla każdej cząsteczki”.
„Dzięki tym obserwacjom możemy teraz umieścić je na mapach nieba” – powiedział Ziurys. „Do tej pory badano tylko małe fragmenty tej ogromnej struktury, ale nie można zrozumieć utraty masy i tego, jak te wielkie gwiazdy umierają, jeśli nie spojrzy się na cały region. Dlatego chcieliśmy stworzyć pełny obraz”.
Dzięki dofinansowaniu z National Science Foundation zespół planuje opublikować swoje odkrycia w serii artykułów.