Wenn es darum geht, über unser Sonnensystem hinauszuschauen, müssen Astronomen oft theoretisieren, was sie nicht wissen, basierend auf dem, was sie tun. Kurz gesagt, sie müssen sich auf das verlassen, was wir gelernt haben, um die Sonne und die Planeten aus unserem eigenen Sonnensystem zu studieren, um fundierte Vermutungen darüber anzustellen, wie sich andere Sternensysteme und ihre jeweiligen Körper gebildet und entwickelt haben.
Zum Beispiel haben Astronomen von unserer Sonne viel darüber gelernt, wie Konvektion eine wichtige Rolle im Leben von Sternen spielt. Bisher konnten sie aufgrund ihrer Entfernungen und undurchsichtigen Faktoren keine detaillierten Untersuchungen der Oberflächen anderer Sterne durchführen. In einer historischen Premiere hat ein internationales Wissenschaftlerteam kürzlich die ersten detaillierten Bilder der Oberfläche eines roten Riesensterns erstellt, der sich etwa 530 Lichtjahre entfernt befindet.
Die Studie wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlichtNatur unter dem Titel „Große Granulationszellen auf der Oberfläche des Riesensterns Gru¹ Gruis“. Die Studie wurde von Claudia Paladini von der Université libre de Bruxelles geleitet und umfasste Mitglieder des Europäischen Südobservatoriums, der Université de Nice Sophia-Antipolis, der Georgia State University, der Université Grenoble Alpes, der Universität Uppsala, der Universität Wien und der Universität von Exeter.
Für ihre Studie verwendete das Team das PIONIER-Instrument (Precision Integrated Optics Near-Infrarot Imaging ExpeRiment) am Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der ESO, um den als Π¹ Gruis bekannten Stern zu beobachten. Befindet sich 530 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Grus (Der Kranich), Π1 Gruis ist ein cooler roter Riese. Während es die gleiche Masse wie unsere Sonne ist, ist es 350 Mal größer und mehrere Tausend Mal so hell.
Seit Jahrzehnten versuchen Astronomen, mehr über die Konvektionseigenschaften und die Entwicklung von Sternen zu erfahren, indem sie rote Riesen untersuchen. Diese werden aus Hauptreihensternen, sobald sie ihren Wasserstoffbrennstoff verbraucht haben und sich auf das Hundertfache ihres normalen Durchmessers ausdehnen. Leider war die Untersuchung der Konvektionseigenschaften der meisten Überriesensterne eine Herausforderung, da ihre Oberflächen häufig durch Staub verdeckt werden.
Nach Erhalt interferometrischer Daten zu Π1 Gruis im September 2014 verließ sich das Team dann auf Bildrekonstruktionssoftware und -algorithmen, um Bilder von der Oberfläche des Sterns zu erstellen. Diese ermöglichten es dem Team, die Konvektionsmuster des Sterns zu bestimmen, indem er sein „Granulat“ heraussuchte, die großen körnigen Flecken auf der Oberfläche, die die Oberseite einer konvektiven Zelle anzeigen.
Dies war das erste Mal, dass solche Bilder erstellt wurden und einen großen Durchbruch darstellen, wenn es darum geht, zu verstehen, wie Sterne altern und sich entwickeln. Dr. Fabien Baron, Assistenzprofessor an der Georgia State University und Mitautor der Studie, erklärte:
„Dies ist das erste Mal, dass wir einen so riesigen Stern haben, der mit dieser Detailgenauigkeit eindeutig abgebildet wird. Der Grund dafür ist, dass die Details, die wir sehen können, aufgrund der Größe des für die Beobachtungen verwendeten Teleskops begrenzt sind. Für dieses Papier haben wir ein Interferometer verwendet. Das Licht mehrerer Teleskope wird kombiniert, um die Grenze jedes Teleskops zu überwinden und so eine Auflösung zu erzielen, die der eines viel größeren Teleskops entspricht. “
Diese Studie ist besonders wichtig, weil Π1 Gruis befindet sich in der letzten großen Lebensphase und ähnelt dem, wie unsere Sonne am Ende ihrer Lebensdauer aussehen wird. Mit anderen Worten, wenn unsere Sonne in etwa fünf Milliarden Jahren ihren Wasserstoffbrennstoff verbraucht, wird sie sich erheblich ausdehnen und zu einem roten Riesenstern werden. Zu diesem Zeitpunkt wird es groß genug sein, um Merkur, Venus und vielleicht sogar die Erde zu erfassen.
Das Studium dieses Sterns gibt Wissenschaftlern einen Einblick in die zukünftige Aktivität, Eigenschaften und das Aussehen unserer Sonne. Zum Beispiel hat unsere Sonne ungefähr zwei Millionen konvektive Zellen, die typischerweise einen Durchmesser von 2.000 km haben. Basierend auf ihrer Studie schätzt das Team, dass die Oberfläche von Π1 Gruis hat ein komplexes konvektives Muster mit Körnchen, die horizontal etwa 1,2 x 10 ^ 8 km (62.137.119 mi) oder 27 Prozent des Durchmessers des Sterns messen.
Dies steht im Einklang mit den Vorhersagen der Astronomen, wonach Riesen- und Überriesensterne aufgrund ihrer geringen Oberflächengravitation nur wenige große konvektive Zellen haben sollten. Wie Baron anzeigte:
„Diese Bilder sind wichtig, da Größe und Anzahl der Körnchen auf der Oberfläche sehr gut zu Modellen passen, die vorhersagen, was wir sehen sollten. Das sagt uns, dass unsere Modelle von Sternen nicht weit von der Realität entfernt sind. Wir sind wahrscheinlich auf dem richtigen Weg, um diese Art von Sternen zu verstehen. "
Die detaillierte Karte zeigte auch Unterschiede in der Oberflächentemperatur an, die sich aus den verschiedenen Farben auf der Oberfläche des Sterns ergaben. Dies stimmt auch mit dem überein, was wir über Sterne wissen, bei denen Temperaturschwankungen auf Prozesse hinweisen, die im Inneren stattfinden. Wenn die Temperaturen steigen und fallen, werden die heißeren, flüssigeren Bereiche heller (erscheinen weiß), während die kühleren, dichteren Bereiche dunkler (rot) werden.
Mit Blick auf die Zukunft möchten Paladini und ihr Team noch detailliertere Bilder der Oberfläche von Riesensternen erstellen. Das Hauptziel dabei ist es, die Entwicklung dieser Granulate kontinuierlich verfolgen zu können, anstatt nur Schnappschüsse von verschiedenen Zeitpunkten zu erhalten.
Aus diesen und ähnlichen Studien werden wir wahrscheinlich nicht nur mehr über die Bildung und Entwicklung verschiedener Arten von Sternen in unserem Universum erfahren. Wir werden auch sicher ein besseres Verständnis dafür bekommen, was unser Sonnensystem erwartet.
