Ekipa astronomov je pred kratkim uporabila Arizonovo infrardečo-optično teleskopsko maso (IOTA) treh povezanih teleskopov, da bi pokukali 4 milijarde let v prihodnost, ko se naše Sonce balonči v rdečo orjaško zvezdo. Opazovali so več rdečih velikanskih zvezd - morebitna usoda našega Sonca - in odkrili, da so njihove površine črtaste in raznolike, prekrite z ogromnimi sončnimi pegami.
Ker astronomi vse pogosteje povezujejo dva teleskopa kot interferometre, da razkrijejo večje podrobnosti oddaljenih zvezd, astronom Keck Observatory kaže moč povezave treh ali celo več teleskopov skupaj.
Astronom Sam Ragland je uporabil Arizonovo infrardečo optično teleskopsko matriko (IOTA) treh povezanih teleskopov, da bi pridobil neslutene podrobnosti o starih rdečih orjaških zvezdah, ki predstavljajo morebitno usodo Sonca.
Presenetljivo je ugotovil, da skoraj tretjina rdečih velikanov, ki jih je pregledoval, ni enakomerno svetla na njihovem obrazu, ampak je bila neplastna, kar morda kaže na velike lise ali oblake, podobne sončnim pikam, udarne valove, ki jih ustvarjajo pulzirajoče ovojnice ali celo planeti.
"Tipično prepričanje je, da morajo biti zvezde simetrične plinske kroglice," je dejal Ragland, specialist za interferometer. "Toda 30 odstotkov teh rdečih velikanov je pokazalo asimetrijo, kar ima posledice za zadnje stopnje zvezdne evolucije, ko se zvezde, kot je Sonce, razvijajo v planetarne meglice."
Rezultati, ki so jih pridobili Ragland in njegovi sodelavci, prav tako dokazujejo izvedljivost povezave tria - ali celo kvinteta ali seksteta - infrardečih teleskopov, da bi dobili slike v višji ločljivosti v bližnji infrardeči povezavi, kot je bilo mogoče prej.
"Z več kot dvema teleskopoma lahko raziskujete popolnoma drugačno znanost, kot bi jo lahko storili z dvema teleskopom," je dejal.
"Od dveh teleskopov do treh je velik korak," je dodala teoretičarka Lee Anne Willson, soavtorica študije in profesorica fizike in astronomije na Državni univerzi Iowa v Amesu. "S tremi teleskopi lahko ugotovite ne samo, kako velika je zvezda, temveč tudi, ali je simetrična ali asimetrična. S še več teleskopi lahko to začnete spreminjati v sliko. "
Ragland, Willson in njihovi kolegi iz institucij v ZDA in Franciji, vključno z NASA, so poročali o svojih opažanjih in sklepih v prispevku, ki ga je nedavno sprejel The Astrophysical Journal.
Ironično je, da je teleskop IOTA skupaj deloval na Mt. Hopkins iz Smithsonian Astrophysical Observatory, Harvard University, University of Massachusetts, University of Wyoming in Lincoln Laboratory Massachusetts Institute of Technology, je bil 1. julija zaprt zaradi prihranka denarja. Začetni dvolitrski interferometer je na spletu prišel leta 1993, dodatek tretjega 45-centimetrskega teleskopa leta 2000 pa je ustvaril prvi optični in infrardeči interferometer.
Direktor IOTA Wesley A. Traub, prej Harvard-Smithsonian Center za astrofiziko (CfA) in zdaj v Jet Propulsion Laboratory, je Raglandu in njegovim sodelavcem ponudil priložnost, da s pomočjo matrike preizkusijo meje interferometrije z več teleskopi in morda se naučite nekaj o končni usodi Sonca.
Interferometri združujejo svetlobo iz dveh ali več teleskopov, da bi videli več podrobnosti, simulirajo ločljivost teleskopa tako veliko, kot je razdalja med teleskopi. Medtem ko radijski astronomi že vrsto let uporabljajo matrike za simulacijo veliko večjih teleskopov, imajo to prednost pred relativno dolgimi valovnimi dolžinami - metri ali centimetri -, kar omogoča lažje zaznavanje delnih razlik valovne dolžine med časi prihoda svetlobe na ločenih teleskopih. Interferometrija v bližnji infrardeči povezavi - na valovni dolžini 1,65 mikrona ali približno stotinko milimetra, kot je to storil Ragland - je veliko težja, saj so valovne dolžine skoraj milijonino dolžine radijskih valov.
"Pri kratkih valovnih dolžinah je stabilnost instrumenta velika ovira," je dejal Ragland. "Tudi vibracija bo popolnoma uničila meritev."
Astronomi so uporabili tudi novo tehnologijo za združevanje svetlobe s treh IOTA teleskopov: pol inčni širok polprevodniški čip, imenovan integrirani optični kombinator snopa (IONIC), razvit v Franciji. To je v nasprotju s tipičnim interferometrom, ki je sestavljen iz številnih ogledal za usmerjanje svetlobe iz več teleskopov v skupni detektor.
Glavni cilj Raglanda je zvezde z nizko do srednje maso - od tri četrtine mase Sonca do trikrat večje od Sončeve mase - ko se približajo koncu svojega življenja. To so zvezde, ki so se v rdeče orjake uvrstile nekaj milijard let prej, ko so začeli kuriti helij, ki se je nabral med življenjem izgorevanja vodika. Na koncu pa te zvezde sestavljajo gosto jedro iz ogljika in kisika, ki ga obdaja lupina, kjer se vodik pretvori v helij, nato pa helij v ogljik in kisik. V večini teh zvezd se vodik in helij izmenjujeta kot goriva, zaradi česar se svetlost zvezde spreminja v obdobju 100.000 let, ko se gorivo spreminja. V mnogih primerih zvezde porabijo zadnjih 200.000 let kot Mira spremenljivka - vrsta zvezde, katere svetloba se spreminja v svetlosti v obdobju od 80 do 1000 dni. Imenovani so po zvezdi prototipa v ozvezdju Cetusa, znanem kot Mira.
"Eden od razlogov, da me to zanima, je, da bo naše Sonce stopilo to pot v nekem trenutku, 4 milijarde let od zdaj," je dejal Ragland.
V tem obdobju te zvezde začnejo odstranjevati svoje zunanje plasti v "presežnem vetru", ki bo sčasoma za seboj pustil beli škrat v središču širitve planetarne meglice. Willson modelira mehanizme, s katerimi te zvezde v končni fazi izgubijo svojo maso, predvsem z močnim zvezdnim vetrom.
V teh padajočih eonih tudi zvezde pulzirajo zaporedje mesecev do let, ko zunanje plasti izstopajo navzven, kot izpustni ventil, je dejal Willson. Mnoge od tako imenovanih asimptotičnih velikanskih vej zvezd so Mira spremenljivke, ki se redno spreminjajo, saj se molekule tvorijo in okoli zvezdnega dela časa tvorijo prosojen ali skoraj nepregleden kokon. Medtem ko se je pokazalo, da nekatere od teh zvezd niso krožne, nobenih asimetričnih lastnosti, kot je na primer pikasta svetlost, ni mogoče zaznati z dvolitrskim interferometrom, je dejal Ragland.
Ragland in njegovi sodelavci so z IOTA opazovali skupno 35 Mira spremenljivk, 18 polrednih spremenljivk in 3 nepravilne spremenljivke, vse v približno 1300 svetlobnih letih od Zemlje, v naši galaksiji Mlečna pot. Dvanajst spremenljivk Mira se je izkazalo za asimetrične svetilnosti, medtem ko so le tri poluregalne in eden od neregularnih pokazale to paličnost.
Vzrok za to zakrknjeno svetlost je nejasen, je dejal Ragland. Modeliranje Willson je pokazalo, da lahko spremljevalec, kot je planet v orbiti, podobni orbiti Jupitra v našem lastnem sistemu, ustvari budnost zvezdnega vetra, ki bi se pokazal kot asimetrija. Tudi bližje planetu, ki je podoben Zemlji, bi se lahko ustvarilo zaznavno budnost, če bi bil zvezdni veter dovolj močan, čeprav bi planet, ki je preblizu razširjeni ovojnici, hitro odvlekel navznoter in izparil zvezdo.
Velike količine materiala, izgnanega iz zvezde, pa se lahko kondenzirajo v oblake, ki delno ali celotno svetlobo blokirajo del zvezde.
Ne glede na vzrok je Willson dejal, "to nam pove, da je predpostavka, da so zvezde enakomerno svetle, napačna. Morda bomo morali razviti novo generacijo tridimenzionalnih modelov. "
"Ta študija, največja doslej v tem razredu zvezd poznega tipa, je prva, ki dokazuje stopnjo, do katere pozne zvezde tipa, še posebej Mira spremenljivke in karbonske zvezde, kažejo učinke vročih in hladnih točk," je dejal soavtor William Danchi iz Nasinega centra za vesoljske polete Goddard. "To ima posledice za tolmačenje opazovanj, ko uporabljamo infrardeče interferometre za iskanje planetov okoli rdečih velikanov."
Koavtorji Raglanda so Traub; Jean-Pierre Berger, P. Kern in F. Malbet iz Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG) v Franciji; Danči; J. D. Monnier in E. Pedretti z univerze v Michiganu, Ann Arbor; Willson; N. P. Carleton, M. G. Lacasse in M. Pearlman iz družbe CfA; R. Millan-Gabet s kalifornijskega tehnološkega inštituta; F. Schloerb, M. Brewer, K. Perraut, K. Souccar in G. Wallace z Univerze v Massachusettsu, Amherst; W. Cotton iz Nacionalnega radijskega astronomskega observatorija v Virginiji; Charles H. Townes s kalifornijske univerze v Berkeleyju; P. Haguenauer iz vesoljske industrije ALCATEL v Cannesu, Francija; in P. Labeye iz Laboratoire d'Electronique de Technologie de l'Information (LETI) v Grenoblu, ki je del francoske komisije za atomsko energijo (CEA). IONIC čip so skupaj razvili LAOG, Institut de Microà © lectronique, ‰ ct lectromagné © etme et Photonique (IMEP) in LETI.
Delo je NASA podprla prek podoktorskega štipendije Michelson in Nacionalne znanstvene fundacije.
Observatorij W. M. Keck deluje kot znanstveno partnerstvo med kalifornijskim tehnološkim inštitutom, kalifornijsko univerzo in NASA. Opazovalni center je omogočil obilno finančno podporo fundacije W. Keck.
Izvirni vir: Keck News Release
