Kosmisches Rätsel: Astronomen fangen sterbende Sterne ein, die Rauchringe spucken

Astronomen haben einen roten Riesenstern entdeckt, der in beispielloser Detailtreue seinen letzten Todeskampf durchläuft, und dabei ein ungewöhnliches Merkmal enthüllt. Der Stern bekannt als V Hydr (oder kurz V Hya), nehmen Sie sechs verschiedene Episoden von Material heraus, entsprechend Vorläufige Version Zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen. Der genaue Mechanismus der Bildung der mysteriösen „Rauchringe“ ist noch nicht verstanden. Die Beobachtung könnte jedoch bestehende Modelle für dieses späte Stadium der Sternentwicklung erschüttern und mehr Licht ins Dunkel bringen Das Schicksal unserer Sonne.

„V Hydrae ist dabei, seine Atmosphäre abzustoßen – schließlich den größten Teil seiner Masse –, was die meisten Roten Riesen im Spätstadium tun.“ Co-Autor Mark Morris sagte:, ein Astronom an der University of California. „Dies ist jedoch das erste und einzige Mal, dass eine Reihe von sich ausdehnenden Ringen um einen Stern gesehen wurde, der seinen Todeskampf durchmacht – eine Reihe von sich ausdehnenden ‚Rauchringen‘, von denen wir dachten, dass sie alle paar hundert Jahre ausgeblasen werden.“

Rote Riesen Es ist eines der letzten Stadien der Sternentwicklung. Sobald der Kern des Sterns aufhört, Wasserstoff durch Kernfusion in Helium umzuwandeln, beginnt die Schwerkraft, den Stern zu komprimieren und seine Innentemperatur zu erhöhen. Dieser Prozess zündet eine Hülle aus Wasserstoff, die um einen inerten Kern herum brennt. Schließlich führten Druck und Erwärmung im Kern dazu, dass sich der Stern dramatisch ausdehnte und Durchmesser zwischen 62 Millionen und 620 Millionen Meilen (100 Millionen bis 1 Milliarde km) erreichte. Die Oberflächentemperaturen sind für Sternenstandards relativ kühl: 4000 bis 5800 Grad Fahrenheit (2200 bis 3200 Grad Celsius). Daher nehmen diese Sterne ein orange-rotes Aussehen an, daher der Spitzname Roter Riese.

Irgendwann wird das Helium im Kern des Roten Riesen aufgebraucht sein und der Kern wird wieder schrumpfen. Dann werde ein Star Asymptotischer Riesenast (AGB) Stern (letzte Stufe des Roten Riesen). Die innere Struktur des AGB-Sterns besteht aus einem zentralen Kern aus Kohlenstoff und Sauerstoff, einer Hülle, in der Helium durch Fusion zu Kohlenstoff wird, und einer weiteren Hülle, in der Wasserstoff zu Helium wird. Diese Sterne erzeugen normalerweise alle 100 bis 1.000 Tage dramatische Pulsationen mit zunehmender Helligkeit. Darüber hinaus verursachen intensive Oberflächenwinde die Bildung einer gasförmigen Wolke, die als Periplasma um den Stern herum bekannt ist.

Diese intensiven Sternwinde werden schließlich die Atmosphäre und die Sternatmosphäre verdrängen, und der Stern wird zu einem weißen Zwerg in einem planetarischen Nebel. Je schneller ein AGB-Stern an Masse verliert, desto näher ist er diesem endgültigen Übergang. Unsere Sonne wird schließlich in etwa 5 Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen, der sich schließlich in die AGB entwickelt, bevor sie sich schließlich in einen planetarischen Nebel mit einem weißen Zwergstern in seinem Zentrum entwickelt.

Dies ist der Prozess, wie ihn Astronomen seit Jahren verstehen. Die ungewöhnlichen Eigenschaften von V Hya bringen sie jedoch zum Umdenken. V Hya liegt 1.300 Lichtjahre entfernt im Sternbild Hydra und ist ein kohlenstoffreicher Stern, was bedeutet, dass seine Atmosphäre mehr Kohlenstoff als Sauerstoff enthält. Er hat eine hohe Rate an Massenverlust, daher glauben Astronomen, dass er wahrscheinlich im Prozess der Ablösung seiner Atmosphäre zu einem planetarischen Nebel wird.

Dieser AGB-Stern ist auch deshalb interessant, weil etwa alle acht Jahre eine große Plasmaeruption auftritt und etwa alle 17 Jahre ein starker Helligkeitsabfall auftritt. Diese Ereignisse weisen auf die Anwesenheit eines kaum sichtbaren Begleitsterns hin. (Die Abnahme der Helligkeit kann durch eine Wolke verursacht werden, die mit diesem zweiten Stern verbunden ist, der vor V Hya vorbeizieht.)

Diese neueste Studie kombiniert Daten des Hubble-Weltraumteleskops mit Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/Sub-Millimeter Array (ALMA), das Infrarot-, optische und Ultraviolettdaten umfasst, um die Todeszuckungen von V Hya über mehrere Wellenlängen hinweg zu erfassen. Der Stern ist weit entfernt und in dicken Staub gehüllt, aber die hochauflösenden Fähigkeiten von ALMA haben seine Ringe und Ausflüsse sehr detailliert enthüllt.

Auch der Zeitpunkt war Zufall. „V Hya befindet sich in einem kurzen, aber entscheidenden Übergang, den sterbende Stars am Ende ihres Lebens durchlaufen“, Co-Autor Raghvendra Sahai sagte:, ein Astronom am Jet Propulsion Laboratory der NASA. „Das ist die Phase, in der sie den größten Teil ihrer Masse verlieren. Diese Phase dauert wahrscheinlich nicht sehr lange, daher ist es schwer, sie auf frischer Tat zu erwischen. Wir hatten Glück mit V Hya und konnten all die verschiedenen Aktivitäten fotografieren, die vor sich gehen in und um diesen Stern, um besser zu verstehen, wie die Sterne verloren gehen, für die Masse am Ende ihres Lebens.

Sahai und Kollegen fanden heraus, dass der Stern seine Atmosphäre verliert, indem er eine Reihe von Rauchringen ausbläst, die sich im Laufe von etwa 2.100 Jahren nach außen ausgedehnt haben, um eine staubscheibenähnliche Region um V Hya zu bilden. Das Team synchronisiert Diese Struktur ist DUDE (Festplatte wird dynamisch erweitert).

Ihre Beobachtungen zeigten auch Hochgeschwindigkeitsexplosionen von Gas, die vom Stern in entgegengesetzte Richtungen senkrecht zu den Rauchringen ausgestoßen wurden und zwei sanduhrförmige Strukturen bildeten. Diese Strukturen dehnen sich mit Geschwindigkeiten von mehr als einer halben Million Meilen pro Stunde (240 km/s) aus. „Die Entdeckung, dass dieser Prozess das Abfeuern von Gasringen in Verbindung mit der Produktion von intermittierenden Hochgeschwindigkeits-Materialstrahlen beinhalten kann, bringt eine faszinierende neue Falte in unser Verständnis darüber, wie Sterne ihr Leben beenden.“ sagte Morris.

All dies deutet darauf hin, dass der Stern eine besonders schnelle Entwicklung durchläuft, die dem aktuellen Modell widerspricht. „Unsere Studie zeigt dramatisch, dass das traditionelle Modell dafür, wie AGB-Sterne sterben – indem sie Massenbrennstoffe durch relativ langsame und stetige Kugelwinde über 100.000 Jahre oder mehr ausstoßen – bestenfalls unvollständig oder schlimmstenfalls falsch ist.“ Sagte Sahi. „Es ist sehr wahrscheinlich, dass ein Begleitstern oder Quasistern eine wichtige Rolle bei ihrem Tod spielt. Im Fall von V Hya ist die Kombination aus einem nahen und einem hypothetischen entfernten Begleitstern zumindest teilweise für die Anwesenheit verantwortlich seiner sechs Ringe und die Hochgeschwindigkeitsausbrüche, die den wundersamen Tod des Sterns verursachen.