Sfilmowano R Doradus - gwiazdę o największym po Słońcu rozmiarze na niebie

Choć sformułowanie film jest tu pewnym nadużyciem, to uzasadnionym, bo w nauce wielkie rzeczy zaczynają się od czegoś małego. Kiedyś z pewnością nawet ziemskie instrumenty zdołają zarejestrować dużo lepszej jakości, rozdzielczości i długości nagrania z obrazem powierzchni gwiazdy odległej o 178 lat świetlnych od Słońca. Dziś musimy zadowolić się, krótką poklatkową sekwencją, która i tak jest ogromnym osiągnięciem, bo po raz pierwszy pokazuje zjawisko konwekcji w przypadku innej niż Słońce gwiazdy. Dla porządku, nie są to ujęcia w świetle widzialnym, odpowiednią rozdzielczość udało się uzyskać dzięki sieci radioteleskopów Atacama Large Milimeter Array (ALMA) w północnym Chile. Ten sam instrument, w 2017 r. jako zarejestrował obraz powierzchni Antaresa, pierwszej gwiazdy innej niż Słońce.

Obserwacje R Doradus to w pewnym sensie spoglądanie w bardzo odległą przyszłość (choć sama gwiazda objawia nam swoje oblicze sprzed wielu lat), gdyż w swoich początkach była to gwiazda o masie około 1,2 masy Słońca. Nasza dzienna gwiazda za kilka miliardów lat może stać się właśnie taka jak R Doradus.

Kolejne klatki filmu pokazujące powierzchnię R Doradus w około tygodniowych odstępach czasu. Dla porównania okrąg symbolizujący rozmiar orbity Ziemi. Pojedyncze bąbelki, czy tez plamki na powierzchni gwiazdy mają rozmiar około 75 razy większy od Słońca. (fot: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemmings i inni)

R Doradus, czyli największa po Słońcu gwiazda widziana z Ziemi

R Doradus nie jest największą realnym rozmiarem, ani najmasywniejszą gwiazdą w znanym nam kosmosie. To miano można przyznać Stephenson 2-18 (około 2150 średnic Słońca) oraz BAT99-98 (około 226 mas Słońca), a i tak są to wartości obarczone sporym błędem instrumentalnym bądź metody pomiaru (są zestawienia, w których jako największe i najmasywniejsze uznaje się inne obiekty, np. UV Scuti i R136a).

W przyszłości możemy odkryć kolejne rekordowe obiekty lub dowiedzieć się czegoś o naturze już tych znanych, co zdetronizuje je na rzecz innych. R Doradus to jednakże gwiazda wciąż ogromna - o rozmiarach 487 milionów km (średnica R Doradus jest około 350 razy większa od słonecznej), a jednocześnie znajdująca się stosunkowo blisko nas. Na tyle, że jej rozmiar kątowy na niebie jest drugim w kolejności dla gwiazd widzianych z Ziemi. Pierwsze w zestawieniu jest Słońce, a drugi właśnie R Doradus. Sporo mniejsza jest słynna Betelgeza, co do której pojawiły się ostatnio podejrzenia o bycie gwiazdą podwójną.

Betelgeza znajduje się trzy razy dalej niż R Doradus, co oznacza, że fizyczny jej rozmiar jest znacznie większy, ale jest też kilkanaście razy masywniejsza. R Doradus ma obecnie z kolei masę zbliżoną do masy Słońca, a być może i mniejszą. Przy tak małej masie, oznacza to, że jest to gwiazda bardzo silnie rozdęta. Jako czerwony olbrzym znajduje się ona na bardzo późnym etapie ewolucji i traci dużo masy poprzez wiatr gwiazdowy.

Obejrzyj w

R Doradus to gwiazda, której nie zobaczymy z Polski. Znajduje się ona w konstelacji Złotej Ryby na południowym niebie. Można ją zobaczyć gołym okiem jako gwiazdę o zmiennej jasności, od 4,8 do 6,6 magnitudo w niewielkiej odległości kątowej od Wielkiego Obłoku Magellana. Oznacza to, że dla nieuzbrojonego oka jest ona jedną ze słabiej świecących gwiazd, a czasem gwiazdą na granicy widoczności lub nawet niedostrzegalną. Inaczej jest w podczerwieni, w tym przypadku tylko Betelgeza i Antares (obie widoczne z Polski) są dla instrumentów obserwacyjnych jaśniejszymi gwiazdami na nocnym niebie.

Jakie korzyści mamy ze sfilmowania R Doradus? 

Czasem mówi się, że materia, z której się składamy powstała w gwiazdach. To prawidłowe sformułowanie, trzeba tylko pamiętać, że nie wszystkie pierwiastki są tworzone w gwiazach bardzo masywnych, czy też podczas wybuchów supernowych. Ciężkie, ale nie tak masywne jak żelazo, pierwiastki jak węgiel i azot, niezbędne dla istnienia życia w takiej postaci jaka wystepuje na Ziemi, powstają również we wnętrzach gwiazd podobnych do Słońca.

Gdy te obiekty, tak jak R Doradus osiągną fazę olbrzyma, ruchy konwekcyjne, unosza w postaci ogromnych bąbli materię z wnętrza gwiazdy. W ten sposób dochodzi do mieszania się materii, a także jak przypuszczają astronomowie do powstawania wiatrów gwiazdowych, które unoszą wspomniane pierwiastki w przestrzeń kosmiczną. Jeszcze na długo zanim gwiazda odrzuci większość masy tworząc mgławicę planetarną, a jej jądro przejdzie do fazy białego karła.

Wspomniana konwencja to ważny proces, o którym możemy wnioskować na razie jedynie na podstawie obserwacji Słońca. Teraz to się zmieni. Po raz pierwszy możemy pokazać w ten sposób bulgoczącą powierzchnię prawdziwej gwiazdy - powiedział Wouter Vlemmings, professor Chalmers University of Technology (Szwecja), pierwszy autor badań opublikowanych w Nature - Nie spodziewaliśmy się danych o tak wysokiej jakości, że możemy zobaczyć wiele szczegółów konwekcji na powierzchni gwiazdy. Poniższy film poklatkowy pokazuje te zmiany na przestrzeni miesiąca.

Obejrzyj w

Konwekcja tworzy piękną ziarnistą strukturę na powierzchni Słońca, ale trudno ją dostrzec na innych gwiazdach - dodaje Theo Khouri, naukowiec z Chalmers współautor badań - Dzięki ALMA jesteśmy teraz w stanie nie tylko bezpośrednio zobaczyć granule konwekcyjne, o rozmiarach 75 razy większych niż nasze Słońce!, ale także zmierzyć po raz pierwszy, jak szybko się poruszają.

Obserwacje R Doradus okazały się dla astronomów sporym zaskoczeniem. W przypadku R Doradus ruch granul tworzonych przez konwekcję odbywa się znacznie szybciej niż na Słońcu. Oznacza to, że nasza wiedza o konwekcji nie może być stosowana do innych gwiazd niż Słońce. Szczególnie tych mocno zaawansowanych ewolucyjnie. Zaprezentowany powyżej film poklatkowy to także dowód (kolejny) na to, że nie jest dostateczną wiedza astronomiczna, którą czerpiemy wyłącznie ze statycznych obrazów. Granulację na powierzchni czerwonego olbrzyma teleskop VLT obserwował już w 2017 r. Dopiero dostrzeżenie zmian w czasie pozwoliło dojść do bardziej konkluzywnych wniosków.

Źródło: ESO, inf. własna