Stjärnstoft kullkastar hur livets byggstenar sprids
Stjärnljus och stjärnstoft räcker inte alltid för att driva jättestjärnors kraftfulla vindar. Det är slutsatsen i en ny studie från Chalmers tekniska högskola och Göteborgs universitet av den röda jättestjärnan R Doradus. Resultatet kullkastar en 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. Röda jättestjärnor berikar galaxen med kol, syre, kväve och andra grundämnen som är nödvändiga för liv. I flera decennier har astronomer trott att vindar från röda jättestjärnor drivs av att stjärnljus trycker på nybildade stoftkorn. De nya observationerna av jättestjärnan R Doradus utmanar denna bild.
Kombinerad kunskap
Gunnar Nyman, professor i fysikalisk kemi vid Göteborgs universitet, ingår också i teamet.
– För att försöka förstå den här stjärnan har vi kombinerat kunskap från astronomi, fysik och kemi, med hjälp av det vi vet om själva stjärnan, gasen som omger den och de atomer och molekyler som utgör stjärnstoftkorn, säger han.
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.
En favoritstjärna
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.
– 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 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.
För små dammkorn
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.
Bubblor på stjärnans yta
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 pulsering 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.
Forskningsartikeln i Astronomy & Astrophysics: 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
Kontakt: Theo Khouri, astronom, Chalmers tekniska högskola, theo.khouri@chalmers.se
Gunnar Nyman, professor i fysikalisk kemi på Institutionen för kemi och molekylärbiologi vid Göteborgs universitet, telefon: 031-786 90 35, e-post: gunnar.nyman@gu.se
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.