Stjärnstoft kullkastar hur livets byggstenar sprids i rymden

https://mb.cision.com/Public/5569/4284958/81abc2427183d36d_800x800ar.jpg

Stjärnljus och stjärnstoft räcker inte alltid för att driva jättestjärnors kraftfulla vindar. Det är slutsatsen i en ny studie från Chalmers tekniska högskola av den röda jättestjärnan R Doradus. Resultatet kullkastar en sedan länge etablerad uppfattning om hur de atomer som behövs för liv sprids genom vår galax.

– Vi trodde att vi hade en ganska bra bild av hur processen fungerade, men det visade sig att vi hade fel. För oss som forskare är det den mest spännande slutsatsen, säger Theo Khouri, astronom vid Chalmers och en av studiens två ledare.

För att kunna förstå livets ursprung på jorden är det viktigt att förstå hur jättestjärnor driver sina vindar. I flera decennier har astronomer trott att vindar från röda jättestjärnor – som berikar galaxen med kol, syre, kväve och andra grundämnen som är nödvändiga för liv – drivs av att stjärnljus trycker på nybildade stoftkorn. De nya observationerna av R Doradus utmanar denna bild.

Röda jättestjärnor är solens äldre och svalare släktingar. När de åldras förlorar de stora mängder material genom sina stjärnvindar, vilket berikar rymden mellan stjärnorna med råmaterial till möjliga planeter och liv i framtiden. Trots deras betydelse har den fysiska mekanismen bakom dessa vindar länge varit oklar.

Astronomer har studerat den närliggande röda jättestjärnan R Doradus och gjort en oväntad upptäckt med stora konsekvenser. De små stoftkorn som omger stjärnan är för små för att stjärnljuset ska kunna knuffa dem tillräckligt hårt för att de ska nå ut i den interstellära rymden.

Studien leddes av forskare vid Chalmers tekniska högskola och har publicerats i tidskriften Astronomy & Astrophysics.

– Med världens bästa teleskop kan vi nu göra mycket detaljerade observationer av de närmaste jättestjärnorna, och R Doradus är en favoritstjärna för oss. Den är ljusstark, relativt nära och samtidigt typisk för den vanligaste typen av röd jätte, säger Theo Khouri.

Forskargruppen observerade R Doradus med instrumentet Sphere vid ESO:s Very Large Telescope. De mätte upp ljus som reflekteras av stoftkorn i ett område runt stjärnan som är ungefär lika stort som vårt solsystem. Genom att analysera polariserat ljus i olika våglängder kunde forskarna bestämma stoftkornens storlek och sammansättning. Mätningarna visade sig stämma väl överens med vanliga typer av stjärnstoft, såsom silikater och aluminiumoxid.

Observationerna kombinerades därefter med avancerade datorsimuleringar av hur stjärnljus samverkar med stoft runt stjärnan.

– För första gången kunde vi utföra systematiska tester för att verkligen avgöra om dessa stoftkorn kan känna en tillräckligt stark stöt från stjärnans ljus, säger Thiébaut Schirmer, huvudförfattare till forskningsartikeln.

Resultatet överraskade forskarna. Trycket från stjärnljuset räcker inte. De stoftkorn som omger R Doradus är vanligtvis bara omkring en tiotusendels millimeter stora – alldeles för små för att bara stjärnljus skulle räcka för att driva stjärnvinden ut i rymden.

– Dammkornen finns där och belyses av stjärnan. Men de ger helt enkelt inte tillräcklig kraft för att förklara det vi ser.

I stället pekar resultaten mot att andra, mer komplexa processer spelar en viktig roll. Forskargruppen har tidigare använt teleskopet Alma för att fånga bilder av enorma bubblor som stiger och sjunker på R Doradus yta.

– Även om den enklaste förklaringen inte håller finns det spännande alternativ att utforska, Jättelika konvektiva bubblor, stjärnans pulsationer eller dramatiska händelser där nytt stoft bildas kan alla bidra till att förklara hur dessa vindar sätts i rörelse, säger Wouter Vlemmings, professor vid Chalmers och medförfattare till studien.

Mer om forskningen

Forskningsartikeln An empirical view of the extended atmosphere and inner envelope of the asymptotic giant branch star R Doradus II. Constraining the dust properties with radiative transfer modelling är publicerad i tidskriften Astronomy & Astrophysics.

Forskningen genomfördes som en del av det tvärvetenskapliga projektet The origin and fate of dust in our Universe, som finansierats av Knut och Alice Wallenberg-stiftelsen och är ett samarbete mellan forskare vid Chalmers tekniska högskola och Göteborgs universitet.

Teamet består av Thiébaut Schirmer, Theo Khouri, Wouter Vlemmings, Gunnar Nyman, Matthias Maercker, Ramlal Unnikrishnan, Behzad Bojnordi Arbab, Kirsten K. Knudsen och Susanne Aalto. Alla medförfattare är verksamma vid Chalmers tekniska högskola, förutom Gunnar Nyman som är verksam vid Göteborgs universitet.

Forskargruppen använde instrumentet Sphere (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) på Very Large Telescope (VLT), beläget vid Paranalobservatoriet i Chile. VLT drivs av ESO, Europeiska sydobservatoriet. Sverige är en av ESO:s 16 medlemsstater.

Mer om stjärnan

R Doradus är en röd jättestjärna som ligger bara 180 ljusår från jorden i den sydliga stjärnbilden Svärdfisken (Dorado på latin). Den har en massa som liknar solens och närmar sig nu slutet av sitt liv. Den är ett exempel på det som kallas en AGB-stjärna (AGB = asymptotic giant branch eller asymptotisk jättegren). Sådana stjärnor förlorar sina yttre lager till den interstellära rymden i form av täta stjärnvindar som består av gas och stoft. R Doradus förlorar motsvarande en tredjedel av jordens massa på tio år. Andra liknande stjärnor förlorar massa hundratals eller tusentals gånger snabbare. Om flera miljarder år kommer även vår sol att omvandlas till samma typ av stjärna som R Doradus är idag.

För mer information, kontakta:

Robert Cumming, astronom och kommunikatör, Onsala rymdobservatorium, Chalmers tekniska högskola, robert.cumming@chalmers.se, 0704 93 31 14

Theo Khouri, astronom, Chalmers tekniska högskola, 031 772 55 16,  theo.khouri@chalmers.se

Wouter Vlemmings, professor, Chalmers tekniska högskola, 031 772 63 54, wouter.vlemmings@chalmers.se

Robert Cumming talar svenska och engelska, Theo Khouri talar engelska och portugisiska och Wouter Vlemmings talar engelska och nederländska.

Bilden i topp

Bildtext: Moln av stoft och damm kring stjärnan R Doradus reflekterar stjärnans ljus. Nu när stjärnan närmar sig slutet av sitt liv släpper den sina yttre lager, vilket bildar ett hölje av gas och stoft som här visas i rosa och gult. Forskare har länge trott att stjärnans lyskraft räcker för att driva en stjärnvind när ljuset träffar stoftkornen. Men färgen på det reflekterade ljuset visar att stoftkornen är för små för att kunna förklara stjärnans vind. Bilden har tagits i polariserat synligt ljus med teleskopet VLT och instrumentet Sphere. I mitten av bilden syns Alma:s bild av stjärnans yta, som visas i gult och orange.

Bild: ESO/T. Schirmer/T. Khouri; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Bilderna nedan

https://mb.cision.com/Public/5569/4284958/a94d4b8e6fd4b474_800x800ar.jpg

Bildtext: Stjärnhimlen över jätteteleskopen VLT (Very Large Telescope). Stjärnan R Doradus ligger till strax till vänster om teleskopet i mitten av bilden, i närheten av det Stora magellanska molnet som syns här som en suddig fläck på himlen.

Bild: Foto: P. Horálek/ESO

https://mb.cision.com/Public/5569/4284958/818748f877daf8aa_800x800ar.jpg

Bildtext: Vidvinkelbild av området på himlen runt den röda jättestjärnan R Doradus.

Bild: ESO/Digitized Sky Survey 2/Davide De Martin