De mai bine de 400 de ani, astronomii, atât profesioniști, cât și amatori, au interesat în special observarea stelelor Mira, o clasă de uriași roșii variați, renumiți pentru pulsiunile care durează 80-1.000 de zile și determină luminozitatea aparentă să varieze cu un factor de zece ori sau mai multe în timpul unui ciclu.
O echipă internațională de astronomi condusă de Guy Perrin de la Observatorul de la Paris / LESIA (Meudon, Franța) și Stephen Ridgway de la Observatorul Național de Optică Astronomie (Tucson, Arizona, SUA) a folosit tehnici interferometrice pentru a observa mediile apropiate ale celor cinci stele Mira, și au fost surprinși să constate că stelele sunt înconjurate de o coajă aproape transparentă de vapori de apă și, eventual, de monoxid de carbon și alte molecule. Această coajă oferă stelelor o dimensiune aparentă înșelător de mare. Pătrundând prin acest strat folosind lumina combinată a mai multor telescoape, echipa a descoperit că stelele Mira sunt probabil doar jumătate mai mari decât se credea anterior.
"Această descoperire rezolvă neconcordanțe neobișnuite între observațiile de mărimea stelelor Mira și modelele care descriu compoziția și pulsiunile lor, care acum se poate vedea că sunt în general de acord între ele," Explică Ridgway. „Imaginea revizuită este că stelele Mira sunt stele foarte luminoase, dar relativ normale ale ramurii gigantului asimptotic, dar au o pulsiune rezonantă care conduce la variabilitatea lor mare.?
Stelele Mira sunt deosebit de interesante, deoarece au dimensiuni similare cu Soarele și trec printr-o etapă târzie a aceleiași căi evolutive pe care o vor experimenta toate stelele de masă solare, inclusiv Soarele. Prin urmare, aceste stele ilustrează soarta Soarelui nostru la cinci miliarde de ani de acum încolo. Dacă o astfel de stea, inclusiv învelișul său înconjurător, ar fi situată în poziția Soarelui în sistemul nostru solar, carapacea sa vaporoasă s-ar extinde dincolo de orbita lui Marte.
Deși au un diametru foarte mare (până la câteva sute de raze solare), stelele uriașe roșii sunt asemănătoare cu ochii umani neatentați pe Pământ și chiar și cele mai mari telescoape nu reușesc să distingă suprafețele lor. Această provocare poate fi depășită prin combinarea semnalelor de la telescoape separate folosind o tehnică numită interferometrie astronomică care face posibilă studierea detaliilor foarte mici în împrejurimile apropiate ale stelelor Mira. În cele din urmă, imaginile stelelor observate pot fi reconstruite.
Stelele Mira sunt numite după primul astfel de obiect cunoscut, Mira (sau Omicron Ceti). O posibilă explicație pentru variabilitatea lor semnificativă este aceea că în fiecare ciclu sunt produse cantități mari de material, inclusiv praf și molecule. Acest material blochează o mare parte din radiațiile stelare care ies, până când materialul se diluează prin expansiune. Mediul apropiat al stelelor Mira este, prin urmare, foarte complex, iar caracteristicile obiectului central sunt dificil de observat.
Pentru a studia mediul apropiat al acestor stele, echipa condusă de Perrin și Ridgway a efectuat observații la infraroșu-telescop optic Array (IOTA) al Smithsonian Astrophysical Observatory din Arizona. IOTA este un interferometru stelar Michelson, cu două brațe care formează un tablou în formă de L. Funcționează cu trei colectoare care pot fi amplasate la diferite stații de pe fiecare braț. În studiul de față, observațiile au fost făcute pe mai multe lungimi de undă folosind distanțe diferite ale telescopului cuprinse între 10 și 38 de metri.
Din aceste observații, echipa a putut să reconstituie variația luminozității stelare pe suprafața fiecărei stele. Detalii pot fi detectate până la aproximativ 10 mili-arcsecunde. Pentru comparație, la distanța lunii, acest lucru ar corespunde vizibilității de până la 20 de metri.
Observațiile au fost făcute la lungimi de undă aproape de infraroșu care prezintă un interes deosebit pentru studiul vaporilor de apă și al monoxidului de carbon. Rolul jucat de aceste molecule a fost suspectat în urmă cu câțiva ani de către echipă și confirmat în mod independent prin observații cu Observatorul spațiului infraroșu. Noile observații folosind IOTA demonstrează clar că stelele Mira sunt înconjurate de un strat molecular de vapori de apă și, cel puțin în unele cazuri, de monoxid de carbon. Acest strat are o temperatură de aproximativ 2.000 K și se extinde la aproximativ o rază stelară deasupra fotosferei stelare, sau aproximativ 50 la sută din diametrul observat al stelelor Mira din eșantion.
Studiile interferometrice anterioare asupra stelelor Mira au dus la estimări ale diametrelor stelelor care au fost părtinite de prezența stratului molecular și au fost astfel mult supraestimate. Acest nou rezultat arată că stelele Mira sunt cam la jumătate cât au crezut anterior.
Noile observații prezentate de echipă sunt interpretate în cadrul unui model care combină decalajul dintre observații și teorie. Spațiul dintre suprafața stelei și stratul molecular conține foarte probabil gaz, precum o atmosferă, dar este relativ transparent la lungimile de undă observate. În lumina vizibilă, stratul molecular este destul de opac, dând impresia că este o suprafață, dar în infraroșu, este subțire și steaua poate fi văzută prin ea.
Acest model este primul care a explicat structura stelelor Mira pe o gamă largă de lungimi de undă spectrale, de la vizibil până la infraroșu mediu și să fie în concordanță cu proprietățile teoretice ale pulsării lor. Cu toate acestea, prezența stratului de molecule mult deasupra suprafeței stelare este încă oarecum misterioasă. Stratul este prea înalt și dens pentru a fi susținut pur de presiunea atmosferică. Pulsările stelei joacă probabil un rol în producerea stratului molecular, dar mecanismul nu este încă înțeles.
Întrucât stelele Mira reprezintă o etapă evolutivă târzie a stelelor asemănătoare Soarelui, va fi foarte interesant să descriem mai bine procesele care se petrec în jurul lor și în jurul lor, ca o prevestire a propriei așteptări a Soarelui în viitorul îndepărtat. Stelele Mira evacuează cantități mari de gaz și praf în spațiu, de obicei aproximativ o treime masă Pământului pe an, oferind astfel mai mult de 75 la sută din moleculele din galaxie. Carbonul, azotul, oxigenul și alte elemente din care suntem făcuți au fost produse în cea mai mare parte în interiorul unor astfel de stele (cu elemente mai grele provenite din supernove) și apoi sunt readuse în spațiu prin această pierdere de masă pentru a deveni parte a noilor stele și planete . Tehnica de maturare a interferometriei este dezvăluirea detaliilor atmosferei Mira, aducându-i pe oamenii de știință să observe și să înțeleagă producția și expulzarea moleculelor și prafului, deoarece aceste stele își reconstituie conținutul pe o scară astronomică.
Lucrarea? Dezvăluirea stelelor Mira din spatele moleculelor: Confirmarea modelului stratului molecular cu interferometrie aproape infraroșu cu bandă îngustă ,? de Perrin și colab., vor apărea într-un număr viitor al revistei Astronomy & Astrophysics.
Sursa originală: Comunicat de presă NOAO
