I en ny studie har astronomer nu för första gången kunnat få tillräckligt bra bilder på bubblande gas hos en annan stjärna än solen. Bilderna på stjärnan R Doradus, som visar gigantiska bubblor av het gas, kan bidra till en ökad förståelse för hur det kosmiska ekosystemet fungerar.
Stjärnan R Doradus är en röd jättestjärna. Den ligger cirka 178 ljusår från jorden och är cirka 300 gånger större än vår sol. De nya bilderna i studien är tagna under sommaren 2023 med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (kort kallat ALMA-teleskopet) och visar hur stora bubblor, 75 gånger större än vår sol, dyker upp på stjärnans yta för att sedan sjunka tillbaka in i dess inre, mycket snabbare än vad man tidigare har kunnat se. Syftet med studien, som nu publicerats i Nature, har varit att förstå hur dessa bubblor, så kallade konvektionsceller, bidrar till att skapa stjärnans kosmiska vind, vilket på sikt ska hjälpa oss förstå hur det kosmiska ekosystemet fungerar.
– Detta är ett annat sätt att beskriva materialets kosmiska cykel. Vi är alla gjorda av stjärnstoft, för endast i stjärnor är förhållanden sådana att dess kärnprocesser kan producera många av de grundämnen som vi omkring oss, säger Wouter Vlemmings, professor vid Chalmers tekniska högskola och huvudförfattare till studien.
Bubblet en del av stjärnors livscykel
I det kosmiska ekosystemet transporteras materialet ut ur kärnprocessen i gamla stjärnors inre, vidare ut i det interstellära mediet där det tar sig in i molekylära moln ur vilka nya stjärnor och planeter kan bildas. Det är dock inte alla stjärnor som har ett konvektivt yttre skikt som kan bubbla. Stjärnor som är tyngre än cirka 1,5 solmassor har ett mer strålande yttre skikt under merparten av sin levnadslängd. Mindre stjärnor, som vår egen sol exempelvis, bubblar däremot så smått under större delen av sitt liv.
– När stjärnor åldras och blir till jättestjärnor kan de utveckla ett konvektivt, bubblande skikt och det är det vår forskning fokuserar på – hur stjärnor i slutet av sina liv returnerar material som skapats i kärnprocesserna ut i rymden. Det är nämligen fortfarande inte helt klarlagt hur detta material kastas ut från gamla stjärnor för att därefter införlivas i nya stjärnor och planeter, säger Wouter Vlemmings.
När stjärnor, till exempel av samma typ som vår sol, åldras blir de också väldigt stora. R Doradus har redan uppnått en hög ålder och blåser i detta nu ut vindar med damm och molekyler i universum. Den är också en av våra närmsta grannstjärnor av denna typ, vilket gör den till en av de största stjärnorna på himlen och således perfekt grund för den nya studien.
Fler observationer behövs
Konvektionsprocessen är extremt viktig för transport av energi och materia och även om många stjärnor inte har ett konvektivt yttre skikt, har många fortfarande konvektiva kärnor. Det innebär att vår förståelse av energi- och materiatransport för pågående stjärnutveckling tidigare baserats på en process som forskare effektivt enbart har kunnat studera i vår egen sol.
– Att vi nu kunnat studera detta hos en av de äldre jättestjärnorna som R Doradus gör att vi bättre kan utveckla modeller för hur konvektion beter sig i olika stjärnor. För andra stjärnor har studien av konvektion begränsats till enstaka och svåra observationer. De nya observationerna visar att tidsaspekten är mycket viktig. På så sätt kan vi mycket bättre beskriva alla parametrar för konvektionen, förklarar Wouter Vlemmings.
I många andra astronomiska forskningsämnen, relaterade till studier av galaxers evolution, jämförs observationerna av en galax vanligtvis med teoretiska modeller som får utveckla en hel stjärnpopulation – en modell för det ”kosmiska ekosystemet” eller materians kretslopp. I dessa modeller tas konvektionsegenskaperna, som bestämmer till exempel stjärnlivslängden, med som en fri parameter. Med fler observationer hoppas forskarna kunna producera bättre begränsningar för denna parameter, vilket förbättrar stjärnutvecklingsmodellerna.
– Vi hoppas få till liknande observationer för de 5-10 största närliggande stjärnorna för att kunna se om konvektionsegenskaperna följer den förväntade avhängigheten av stjärnans massa. Vi har heller ännu inte tittat på allt som finns i denna datamängd, eftersom vi exempelvis fortfarande undersöker specifika molekyler och hur de beter sig i den bubbliga atmosfären i R Doradus, säger Wouter Vlemmings.
En visualiserad sammanfattning hittar du i den här filmen:
Källa: One month convection timescale on the surface of a giant evolved star
