Världsunika bilder visar gasbubblor på röd jättestjärna

− Det här är första gången den bubblande ytan på en riktig stjärna kan visas på ett sådant sätt, [1], säger Wouter Vlemmings, professor vid Chalmers tekniska högskola och huvudförfattare till studien som publicerades den 11 september i Nature. Vi hade aldrig förväntat oss att datan skulle vara av så hög kvalitet att vi kunde se så mycket detaljer på stjärnans yta.

Stjärnor producerar energi i sitt inre genom kärnfusion. Denna energi kan transporteras mot stjärnans yta i enorma, heta gasbubblor som sedan kyls ner och sjunker - som en lavalampa. Denna så kallade konvektionsrörelse fördelar de tunga grundämnen som bildas i kärnan, såsom kol och kväve, till hela stjärnan. Konvektionen anses också orsaka de stjärnvindar som för med sig dessa grundämnen ut i universum och som ingår i nya stjärnor och planeter.

Så kommer vår sol att se ut

Konvektionsrörelser har tidigare aldrig spårats i detalj hos andra stjärnor än solen. Genom att använda Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Alma, kunde forskarlaget erhålla högupplösta bilder av ytan på R Doradus under loppet av en månad sommaren 2023. R Doradus är en röd jättestjärna med en diameter som är ungefär 350 gånger så lång som solens, belägen cirka 180 ljusår bort i stjärnbilden Svärdfisken. Dess stora diameter och − förhållandevis – korta avstånd till jorden gör den till ett idealiskt mål för detaljerade observationer. Dessutom är dess massa lik solens, vilket betyder att R Doradus sannolikt är snarlik vår egen sols utseende om fem miljarder år, när den omvandlas till en röd jätte.

– Konvektionens gasbubblor skapar den vackra gryniga struktur som ses på vår sols yta, men den är svår att se på andra stjärnor. Med Alma har vi nu inte bara direkt kunnat se bubblorna − med en storlek som är 75 gånger större än vår sol – utan också kunnat mäta hur snabbt de rör sig för första gången, säger Theo Khouri, forskare vid Chalmers och medförfattare till studien.

Snabbare bubblor än förväntat

Bubblorna, eller konvektionscellerna, på R Doradus verkar utveckla sig i en cykel som varar ungefär en månad, vilket är snabbare än forskarna förväntade sig baserat på hur konvektion fungerar i solen.

− Vi vet ännu inte vad som är orsaken till skillnaden. Det verkar som att konvektionen förändras när en stjärna blir äldre på sätt som vi ännu inte förstår. Observationer som de som nu görs av R Doradus hjälper oss att förstå hur stjärnor som solen beter sig, även när de växer sig lika svala, stora och konvektiva som R Doradus, säger Wouter Vlemmings.

− Det är spektakulärt att vi nu direkt kan avbilda detaljerna på ytan hos stjärnor så långt borta, och observera fysik som hittills huvudsakligen bara kunnat ses på vår sol, säger Behzad Bojnodi Arbab, doktorand vid Chalmers som också deltagit i studien.

Nya SKA-teleskopet ska ge fler skarpa bilder

I framtiden kommer vi sannolikt att kunna se ännu fler spektakulära filmer av såväl R Doradus som andra liknande stjärnor, tack vare de nya och mer avancerade radioteleskopen på SKA-observatoriet i Sydafrika och Australien. Under de så kallade National SKA Science Days i Göteborg den 10-11 september samlas forskare för en presentation av Almas nya bilder och filmer, och för att planera nya observationer med hjälp av SKA-teleskopen.

− Med SKA kommer vi att kunna få högupplösta observationer från R Doradus högre atmosfär. Vi vill se något som hittills inte har varit möjligt, nämligen hur stjärnans bubblor kan hjälpa till att skapa det flöde av gas i atmosfären som kallas stjärnvind. Det kommer att ge oss en bättre förståelse för hur det kosmiska ekosystemet fungerar, säger Behzad Bojnordi Arbab, doktorand i astrofysik på Chalmers.

Mer info: 

Läs pressmeddelandet "Astronomer spårar bubblor på en stjärnas yta i den mest högupplösta videon hittills" på ESO:s webbplats, där finns också alla bilder i högupplöst format. 

Mer om studien

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “One month convection timescale on the surface of a giant evolved star” (doi: 10.1038/s41586-024-07836-9) i tidskriften Nature.

Forskarlaget bakom studien är Wouter Vlemmings, Theo Khouri, Behzad Bojnordi, Elvire De Beck och Matthias Maercker, samtliga verksamma vid Chalmers tekniska högskola.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) är en internationell astronomisk anläggning som drivs i partnerskap mellan Europeiska sydobservatoriet (ESO), National Science Foundation (NSF, USA) och National Institutes of Natural Sciences (NINS, Japan), tillsammans med Chile. Läs mer om Alma. 

Europeiska sydobservatoriet (ESO) har i dag 16 medlemsländer och driver tre observatorier i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope och Very Large Telescope Interferometer, liksom kartläggningsteleskop som Vista. Tillsammans med internationella partners driver ESO de två anläggningarna Apex och Alma på Chajnantorplatån som observerar himlen i millimeter- och submillimetervåglängder. Läs mer om ESO. 

Noter

[1] Konvektionsceller har tidigare observerats i detalj på stjärnors ytor, till exempel med PIONIER-instrumentet på ESO:s Very Large Telescope Interferometer. Men de nya Alma-observationerna spåras cellernas rörelse på ett sätt som tidigare inte varit möjligt.