Un mister cosmic: Astronomii surprind stea pe moarte care sufla inele de fum

Astronomii au surprins în detaliu o stea uriașă roșie în cursul morții finale, dezvăluind o trăsătură neobișnuită. Steaua, cunoscută ca V Hydrae (sau V Hya pe scurt), a ejectat șase inele distincte de material, conform o pretipărire acceptat pentru publicare în Astrophysical Journal. Mecanismul specific al acestor misterioase „inele de fum” formate nu este încă înțeles. Totuși, observația ar putea să zdruncine modelele actuale pentru această etapă târzie specială a evoluției stelare și să arunce o lumină suplimentară asupra soarta propriului nostru soare.

„V Hydrae a fost prins în procesul de a-și pierde atmosfera – în cele din urmă cea mai mare parte a masei sale – ceea ce este ceva ce fac majoritatea giganților roșii din stadiul târziu.” a spus coautorul Mark Morris, astronom la UCLA. Cu toate acestea, „Este prima și singura dată când o serie de inele în expansiune au fost văzute în jurul unei stele aflate în chinul morții – o serie de „inele de fum” în expansiune pe care le-am calculat că sunt aruncate la fiecare câteva sute de ani”.

giganți roșii sunt una dintre etapele finale ale evoluției stelare. Odată ce nucleul unei stele încetează să transforme hidrogenul în heliu prin fuziune nucleară, gravitația începe să comprime steaua, ridicându-i temperatura internă. Acest proces aprinde un înveliș de hidrogen care arde în jurul unui miez inert. În cele din urmă, compresia și încălzirea din nucleu fac ca steaua să se extindă semnificativ, atingând diametre între 62 milioane și 620 milioane mile (100 milioane până la 1 miliard kilometri). Temperaturile de suprafață sunt relativ scăzute conform standardelor stelare: doar 4.000 până la 5.800 de grade F (2.200 până la 3.200 de grade C). Așa că aceste stele capătă un aspect roșu-portocaliu, de unde și numele de gigant roșu.

În cele din urmă, heliul din miezul unui gigant roșu va fi cheltuit, iar miezul se va micșora din nou. Steaua devine apoi un ramură gigantică asimptotică (AGB) stea (etapa finală a gigantului roșu). Structura interioară a unei stele AGB constă dintr-un miez central de carbon și oxigen, un înveliș în care fuziunea transformă heliul în carbon și un alt înveliș în care hidrogenul se transformă în heliu. Aceste stele produc de obicei impulsuri dramatice de luminozitate crescută la fiecare 100 până la 1.000 de zile. În plus, vânturile intense de suprafață provoacă formarea unui nor gazos cunoscut sub numele de înveliș circumstelar în jurul stelei.

Aceste vânturi stelare intense vor expulza în cele din urmă atmosfera și învelișul stelar, iar steaua va deveni o stea pitică albă într-o nebuloasă planetară. Cu cât este mai rapid rata cu care o stea AGB își pierde masa, cu atât este mai aproape de acea tranziție finală. Soarele nostru va deveni în cele din urmă o gigantă roșie în aproximativ 5 miliarde de ani, progresând în cele din urmă la un AGB înainte de a evolua în cele din urmă într-o nebuloasă planetară cu o stea pitică albă în centru.

Acesta este procesul așa cum l-au înțeles astronomii de ani de zile. Cu toate acestea, caracteristicile neobișnuite ale lui V Hya îi fac să regândească lucrurile. Situată la 1.300 de ani lumină depărtare, în constelația Hydra, V Hya este o stea bogată în carbon, ceea ce înseamnă că atmosfera sa conține mai mult carbon decât oxigen. Are o rată mare de pierdere a masei sale, așa că astronomii presupun că probabil este în proces de a-și pierde atmosfera pentru a deveni o nebuloasă planetară.

Această stea AGB este, de asemenea, intrigantă, deoarece la fiecare opt ani sau cam asa ceva, există erupții mari de plasmă, iar scăderile bruște ale luminozității au loc aproximativ la fiecare 17 ani. Aceste evenimente sugerează prezența unei stele însoțitoare care abia este vizibilă. (Scăderile de luminozitate ar putea fi cauzate de un nor legat de această a doua stea care trece prin fața lui V Hya.)

Acest ultim studiu combină datele telescopului spațial Hubble cu observații care utilizează Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), încorporând date în infraroșu, optice și ultraviolete pentru a surprinde chinurile lui V Hya pe mai multe lungimi de undă. Steaua este departe și înconjurată de praf dens, dar capacitățile de rezoluție mai mare ale ALMA și-au dezvăluit inelele și fluxurile sale în detaliu.

Momentul a fost, de asemenea, întâmplător. „V Hya se află în faza de tranziție scurtă, dar critică, prin care trec stelele muribunde la sfârșitul vieții lor.” a spus coautorul Raghvendra Sahai, astronom la Jet Propulsion Laboratory al NASA. „Este faza în care își pierd cea mai mare parte din masă. Este probabil ca această fază să nu dureze foarte mult, așa că este greu să-i prinzi în flagrant. Am avut noroc cu V Hya și am putut să ne imaginăm toate activitățile diferite care se desfășoară în și în jurul acestei stele pentru a înțelege mai bine cum stelele pe moarte își pierd masa la sfârșitul vieții.”

Sahai și co-autorii săi au descoperit că steaua își revarsă atmosfera prin suflarea unei serii de inele de fum, care s-au extins în exterior în ultimii 2.100 de ani și ceva pentru a forma o regiune prăfuită asemănătoare unui disc în jurul V Hya. Echipa dublat acea structură DUDE (disc în curs de expansiune dinamică).

Observațiile lor au relevat, de asemenea, explozii de mare viteză de gaz expulzat de stea în direcții opuse, perpendiculare pe inelele de fum, formând două structuri în formă de clepsidră. Aceste structuri se extind rapid cu mai mult de jumătate de milion de mile pe oră (240 km/s). „Descoperirea că acest proces poate implica ejecții de inele de gaz, simultan cu producerea de jeturi intermitente de material de mare viteză, aduce o nouă și fascinantă zbârcire în înțelegerea noastră a modului în care stelele își termină viața.” spuse Morris.

Toate acestea sugerează că steaua trece printr-o evoluție deosebit de rapidă, care este contrară modelului actual. „Studiul nostru relativ incorect dezvăluie că modelul tradițional al modului în care stelele AGB mor – prin ejectarea în masă a combustibilului printr-un vânt sferic lent și constant de peste 100.000 de ani sau mai mult – este, în cel mai bun caz, sau în cel mai rău caz, incomplet.” spuse Sahai. „Este foarte probabil ca un însoțitor stelar apropiat sau substelar să joace un rol semnificativ în decesele lor. În cazul lui V Hya, combinația dintre o stea însoțitoare din apropiere și o stea ipotetică responsabilă îndepărtată este, cel puțin într-o oarecare măsură, pentru prezența celor șase inele ale sale și ieșirile de mare viteză care provoacă moartea miraculoasă a stelei.