Beste afbeelding ooit van oppervlak en atmosfeer van ster

Astronomen hebben, met behulp van ESO's Very Large Telescope Interferometer, de meest gedetailleerde afbeelding ooit van een ster geconstrueerd. Het gaat om de rode superreus Antares. Ze hebben ook de eerste kaart (buiten die van de zon) gemaakt die de snelheden weergeeft van het materiaal rond een ster. De kaart onthult onverwachte turbulentie in Antares' uitgestrekte atmosfeer. De resultaten zijn gepubliceerd in het vakblad Nature.

Voor het blote oog is de heldere ster Antares in het hart van het sterrenbeeld Scorpius (Schorpioen) rood. Het is een enorme en relatieve koele rode reuzenster in een van de laatste fasen van zijn leven voordat hij een supernova wordt [1]. Een team van astronomen onder leiding van Keiichi Ohnaka, van de Universidad Católica del Norte in Chili heeft ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) op het Paranal Observatorium in Chili gebruikt om het oppervlak van Antares in kaart te brengen en om de bewegingen te meten van het materiaal aan de oppervlakte. Het is de beste afbeelding van een steroppervlak en zijn atmosfeer tot nu toe, uitgezonderd dat van onze zon. De VLTI is een unieke faciliteit. Het kan het licht van vier telescopen combineren, de 8,2-meter Unit Telescopes of de kleinere Auxiliary Telescopes, om een virtuele telescoop te creëren die te vergelijken is met een enkele telescoop met een spiegel van 200 meter doorsnee. De virtuele telescoop kan details zien die niet met een enkele telescoop kunnen worden waargenomen.

“Hoe sterren zoals Antares zo snel massa verliezen in de laatste fase van hun evolutie, is een vraag die ons al vijftig jaar bezig houdt,” zegt Keiichi Ohnaka, de eerste auteur van de wetenschappelijke publicatie. “De VLTI is de enige telescoop waarmee we direct gasbewegingen kunnen meten in de uitgestrekte atmosfeer van Antares. Dat is een cruciale stap in het ophelderen van onze vraag. De volgende uitdaging is om de oorzaak van de turbulentie op te helderen.” Met de nieuwe resultaten kon het team de eerste tweedimensionale snelheidskaart maken van een steratmosfeer, anders dan die van onze zon. Ze gebruikten hiervoor de VLTI met drie van de Auxiliary Telescopes en een instrument genaamd AMBER. Ze maakten afbeeldingen van het oppervlak van Antares bij verschillende infraroodgolflengten. Het team gebruikte deze gegevens daarna om relatieve snelheden te berekenen van het gas op verschillende plekken rond de ster. Ook berekenden ze een gemiddelde snelheid voor de hele ster [2]. Ze maakten een kaart met de relatieve snelheden van het atmosferische gas rond het gebied dat Antares bestrijkt. Het is de eerste sterrenkaart in zijn soort, op kaarten van onze zon na.

De astronomen vonden turbulent gas van lage dichtheid op grotere afstand van de ster dan voorspeld. Ze concluderen dat de beweging niet veroorzaakt kan zijn door convectie [3]. Dat proces zorgt bij veel sterren voor het verplaatsten van straling van de kern naar de buitenste regionen van de steratmosfeer. Ze denken dat een nieuw, nog onbekend proces nodig is om de bewegingen in de uitgestrekte atmosferen zoals die van rode superreuzen als Antares te verklaren. “In de toekomst, kunnen we met deze waarneemtechniek naar andere sterren kijken en hun oppervlakken en atmosferen in detail bestuderen. Tot nu toe konden we alleen onze zon bekijken,” sluit Ohnaka af. “Ons werk zorgt voor een nieuwe dimensie in de stellaire astrofysica en opent een nieuw venster om sterren te observeren.”

Noten

[1] Antares wordt door astronomen beschouwd als een typische rode superreus. Deze enorme, stervende sterren hebben in het begin van hun leven 9 tot 40 keer de massa van de zon. Als een ster een rode superreus wordt, dan spreidt zijn atmosfeer zich uit en wordt die atmosfeer groot en helder, maar wel van lage dichtheid. Antares heeft nu een massa van 12 keer die van de zon en een diameter die meer dan 700 keer groter is de zon. Er wordt gedacht dat hij zijn leven startte met een massa meer dan 15 keer die van de zon en dat hij materiaal ter grootte van 3 zonsmassa's heeft verloren tijdens zijn leven.

[2] De snelheid van materiaal van of naar de aarde kan worden gemeten met het Doppler Effect. Dat zorgt ervoor dat spectraallijnen naar het rode, respectievelijk blauwe eind van het spectrum verschuiven, afhankelijk van of het uitgestraalde of geabsorbeerde licht van ons vandaan of naar ons toe beweegt.

[3] Convectie is het proces waarbij koud materiaal naar beneden spiraalt en warm materiaal naar boven. Op aarde is het een bekend verschijnsel in luchtstromen en in oceaanstromen. In sterren zorgt het voor beweging van gas.