Odkryto sekret utraty masy u starzejącej się gwiazdy

Gwiazda VY Canis Majoris widziana za pomocą instrumentu SPHERE na teleskopie VLT.
ESO

Zespół astronomów korzystający z należącego do ESO teleskopu VLT uzyskał najbardziej szczegółowe zdjęcia hiperolbrzyma VY Canis Majoris. Obserwacje pokazują w jaki sposób nieoczekiwanie duże ziarna pyłu otaczającego gwiazdę pozwalają jej na utratę niesamowicie olbrzymich ilości masy w początkowej fazie umierania gwiazdy. Proces ten, który zrozumiano po raz pierwszy, jest niezbędny, aby przygotować tego typu olbrzymie gwiazdy na ich wybuchowy koniec w postaci supernowych.

VY Canis Majoris jest gwiezdnym Goliatem, czerwonym hiperolbrzymem, jedną z największych znanych gwiazd w Drodze Mlecznej. Ma masę 30-40 razy większą niż Słońce i 300 000 razy większą jasność. W swoim obecnym stadium gwiazda przekracza rozmiarami orbitę Jowisza, gdyż drastycznie rozszerzyła się po wkroczeniu w finalne etapy swojego życia.

Nowych obserwacji obiektu dokonano za pomocą instrumentu SPHERE na teleskopie VLT. System optyki adapatywnej tego instrumentu skorygował obrazy w większym stopniu niż systemy optyki adaptatywnej poprzedniej generacji. Pozwala to na szczegółowe badanie struktur znajdujących się bardzo blisko jasnego źródła światła [1]. SPHERE wyraźnie pokazuje w jaki sposób jasne światło VY Canis Majoris rozświetla otaczające gwiazdę obłoki materii.

Dzięki trybowi instrumentu SPHERE o nazwie ZIMPOL, zespół mógł nie tylko zajrzeć głębiej w serce obłoku gazu i pyłu otaczającego gwiazdę, ale także zobaczyć jak światło jest rozpraszane i polaryzowane przez materię znajdującą się dookoła. Pomiary te były kluczowe do odkrycia nieuchwytnych właściwości pyłu.

Staranne analizy wyników dotyczących polaryzacji pokazały, że ziarna pyłu są względnie dużymi cząstkami, mierzącymi 0,5 mikrometra, co może wydawać się małą liczbą, ale jest to rozmiar około 50 razy większy niż ziarna pyłu zazwyczaj występujące w przestrzeni międzygwiazdowej.

Poprzez rozszerzanie się masywne gwiazdy tracą wielkie ilości materii – każdego roku, VY Canis Majoris wyrzuca ze swojej powierzchni w formie pyłu i gazu 30 razy więcej masy niż wynosi masa Ziemi. Ten obłok materii jest odpychany dalej zanim gwiazda wybuchnie, w którym to momencie część pyłu zostanie zniszczona, a reszta wyrzucona w przestrzeń międzygwiazdową. Materia ta jest następnie używana, razem z cięższymi pierwiastkami powstałymi podczas wybuchu supernowej, przez następną generację gwiazd, które mogą ją wykorzystać do wytworzenia planet.

Do tej pory pozostawało tajemnicą w jaki sposób materią z górnych części atmosfer olbrzymich gwiazd jest odpychana w przestrzeń kosmiczną zanim gwiazd wybuchnie. Najbardziej prawdopodobnym czynnikiem wydawało się zawsze ciśnienie promieniowania, siła, którą wywiera światło gwiazdy. Ponieważ to ciśnienie jest bardzo słabe, proces opiera się na oddziaływaniu na duże ziarna pyłu, które zapewniają odpowiednio szeroką powierzchnię, aby efekt miał odpowiednią skalę [2].

„Masywne gwiazd mają krótkie życie” mówi główny autor artykułu, Peter Scicluna, z Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics na Tajwanie. „Gdy są blisko swoich końcowych dni, tracą dużo masy. W przeszłości mogliśmy tylko teoretyzować na temat tego w jaki sposób to się dzieje. Ale teraz, dzięki nowym danym ze SPHERE, znaleźliśmy duże ziarna pyłu wokół hiperolbrzyma. Są wystarczająco duże, aby zostały odepchnięte przez intensywne ciśnienie promieniowania gwiazdy, co wyjaśnia jej gwałtowną utratę masy.”

Duże ziarna pyłu obserwowane tak blisko gwiazdy oznaczają, że obłok może efektywnie rozpraszać widzialne światło gwiazdy i być odsuwany od gwiazdy przez ciśnienie promieniowania. Rozmiar ziaren pyłu oznacza także, że większość z nich prawdopodobnie przetrwa promieniowania wytworzone przez dramatyczny koniec VY Canis Majoris w wybuchu supernowej [3]. Pył ten następnie staje się częścią otaczającego ośrodka międzygwiazdowego, zasilając przyszłe generacje gwiazd i ułatwiając im tworzenie planet.

Uwagi

[1] SPHERE/ZIMPOL używa ekstremalnej optyki adaptatywnej, która jest znacznie bliżej niż poprzednie generacje instrumentów optyki adaptatywnej w zadaniu osiągnięcia teoretycznego limitu dla teleskopu gdyby nie było atmosfery. Ekstremalna optyka adaptatywna pozwala na zobaczenie znacznie słabszych obiektów znajdujących się bardzo blisko jasnej gwiazdy.

Zdjęcia w najnowszych badaniach zostały wykonane także w zakresie widzialnym – na krótszych długościach fali niż zakres bliskiej podczerwieni, w którym funkcjonowała większość wcześniejszych instrumentów optyki adaptatywnej. Te dwa czynniki skutkują znacząco lepszą ostrością obrazów niż na wcześniejszych zdjęciach z VLT. Jeszcze lepszą zdolność rozdzielczą można osiągnąć za pomocą VLTI, ale interferometer nie tworzy obrazów bezpośrednio.

[2] Cząstki pyłu musza być wystarczająco duże, aby światło gwiazdy mogło je przesuwać, ale nie mogą być zbyt duże. W przypadku zbyt małych światło gwiazdy będzie efektywnie przechodzić przez pył, a jeśli są zbyt duże, pył będzie za ciężki, aby go przemieścić. Pył, który naukowcy obserwowali wokół VY Canis Majoris pasuje idealnie rozmiarami do najbardziej efektywnego odsuwania za pomocą światła gwiazdy.

[3] Wybuch nastąpi wkrótce według standardów astronomicznych, ale nie ma powodów do wszczynania alarmu, gdyż raczej nie nastąpi w ciągu najbliższych setek lub tysięcy lat. Będzie to spektakularne zjawisko widoczne z Ziemi – być może jaśniejsze niż Księżyc – ale bez zagrożenia dla życia na naszej planecie.

Więcej informacji

Wyniki badań przedstawiono w artykule pt. “Large dust grains in the wind of VY Canis Majoris”, P. Scicluna et al., który ukaże się w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.

Skład zespołu badawczego: P. Scicluna (Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics, Tajwan), R. Siebenmorgen (ESO, Garching, Niemcy), J. Blommaert (Vrije Universiteit, Bruksela, Belgia), M. Kasper (ESO, Garching, Niemcy), N.V. Voshchinnikov (St. Petersburg University, St. Petersburg, Rosja), R. Wesson (ESO, Santiago, Chile) oraz S. Wolf (Kiel University, Kiel, Niemcy).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 961