Eddig nem látott alakzatot találtak a világűrben

Európai csillagászok különös spirális mintát fedeztek fel egy fejlődése vége felé járó csillagot, az R Sculptoris nevű vörös óriást körülvevő gázban. A spirális szerkezetet egy eddig láthatatlan kísérőcsillag okozhatja.

A Szobrász (Sculptor) csillagképben található csillag, az R Sculptoris az élete vége felé járó égitest. Az ehhez hasonló csillagok általában viszonylag alacsony hőmérsékletű vörös óriások. Kicsiny, szénből és oxigénből álló magjukat hélium- és hidrogénégető héjak veszik körül, legkívül pedig kiterjedt légkör található, benne erős konvekciós áramlással. Ilyenné csillaggá fejlődik majd a Napunk is néhány milliárd év múlva.

Fiatal korában 0,8 és 8 naptömeg között lehetett az R Sculptoris tömege, ám öregkorában heves csillagszél formájában jelentős mennyiségű gázt veszített. Az ilyen vörös óriásokat körülvevő héj általában gázból és porszemcsékből áll. A porszemcsék a távoli infravörös és a milliméteres hullámhosszak közötti tartományban kibocsátott sugárzásuk alapján mutathatók ki. Ugyanakkor a milliméteres hullámhosszakon a szén-monoxid (CO) molekulák sugárzása a ledobott gáz részletes feltérképezését teszi lehetővé.

Az Atacama-sivatagban még csak részlegesen működő ALMA rádiótávcső-rendszerrel részletesen feltérképezték az R Sculptorisról egykor ledobott gáz eloszlását, és egy korábban nem látott, spirális szerkezetet fdeztek fel

Az R Sculptorist legújabban a chilei Atacama-sivatagban kiépülő nemzetközi rádiótávcső-rendszerrel figyelték meg. Az Atacama Large Millimerter/submillimeter Array (ALMA) európai közreműködője az Európai Déli Obszervatóriumok (ESO), a rendszert több észak-amerikai és távol-keleti intézménnyel és szervezettel közösen működtetik. Bár a rendszer hivatalos avatása és végleges üzembe helyezése csak 2013 márciusában lesz, az észlelések már 2011 végén megkezdődtek.

Az R Sculptorist más műszerekkel már korábban is megfigyelték a szubmilliméteres tartományban, azokkal azonban csak magát a szferikus héjat sikerült megfigyelni a csillag körül, annak spirális szerkezetét nem. Az ALMA segítségével most 345 GHz frekvencián, 1,3" felbontással tudták megvizsgálni a csillagot körülvevő gázburok szerkezetét.

Első lépésben az ALMA Obszervatórium 19 rádiótávcsövét helyezték üzembe a chilei Chajnantor-fennsíkon, 5000 méter tengerszint fölötti magasságban

A megfigyelések eredményét hidrodinamikai szimulációkkal kombinálva arra a következtetésre jutottak, hogy az R Sculptoris kettőscsillag. A főcsillagon mintegy 1800 évvel ezelőtt kb. 200 évig tartó, heves anyagkidobás következett be, amelynek során 14,3 km/s sebességgel 3 x 10^-3 naptömegű gáz dobódott ki. (Ezek a termikus eredetű, lökésszerű anyagkidobódások az R Sculptorishoz hasonló típusú csillagok esetében 10-50 ezer évente következnek be.) Ez azt jelenti, hogy ebben az időszakban a gázkiáramlás üteme mintegy 30-szorosa volt a termikus lökés előttinek. [Összehasonlításképpen: a Nap a folyamatosan kiáramló napszél következtében évente (2-3)×10^-14 naptömegű anyagot veszít, ami 200 év alatt (4-6) x 10^-12 naptömeg. Az R Scl tömegvesztésének üteme a termikus lökés idején ezt 500 milliószorosan múlta felül.] A csillagot körülvevő legkülső, gömbszimmetrikus héj sugara 18,5".

A gáz spirális szerkezete a modellszámításokkal teljes összhangban egy kísérőcsillag jelenlétére utal. Sikerült megállapítani, hogy a két csillag távolsága 60 csillagászati egység (cse), vagyis annyi, mint a Neptunusz pályájának átmérője. A rendszer teljes tömege 2 naptömeg, a két csillag egymás körüli keringési ideje 350 év.

Mint a kutatás egyik vezetője és az eredményről beszámoló cikk egyik szerzője, Matthias Maercker (ESO és Bonni Egyetem Argelander Csillagászati Intézete) elmondta, már korábban is sikerült megfigyelni hasonló csillagokat, de az észlelések nagy szögfelbontásának köszönhetően most első ízben tudták a csillag által kidobott gázban a láthatatlan kísérőcsillag jelenlétére utaló spirális szerkezetet azonosítani. Az R Sculptoris esetében is észlelték korábban a külső héjon belül elhelyezkedő anyagot, de csak kisebb csomókként, a rosszabb felbontású észlelések eredményeképpen nem rajzolódott ki a spirális szerkezet.

Hasonló spirális szerkezetet a NASA/ESA Hubble-űrtávcsövével (HST) is találtak már az LL Pegasi nevű csillag körül, de abban az esetben a csillagot körülvevő gázhéj nélkül. A HST-vel azonban csak kétdimenziós kép készült a por eloszlásáról, ezzel szemben az ALMA segítségével a gáz teljes térbeli eloszlása is feltérképezhető volt, mert az ALMA a CO molekulák emisszióját észleli. A kutatók egyike felhívta a figyelmet arra, hogy amikor az ALMA rendszerrel az R Sculptoris megfigyelését végezték, akkor a rendszer rádiótávcsöveinek még a fele sem volt a helyén. "Izgalmas elgondolni, milyen teljesítményre lesz képes az ALMA, ha 2013-ban befejeződik az építése" - mondta Wouter Vlemmings (Chalmers Műszaki Egyetem, Svédország).

A Hubble űrtávcső korábbi felvétele az LL Pegasi körül megfigyelhető spirális szerkezetről

Az R Sculptorishoz hasonló vörös óriás csillagok éppen jelentős anyagkidobásuk miatt fontosak a csillagászok számára. Ezek a csillagok ugyanis jelentős mértékben gyarapítják a csillagköz gázt és port, amely azután nyersanyagként szolgál a csillagok későbbi generációjának (és esetleg bolygóiknak) a létrejöttéhez.