ALMA ontdekt vreemde spiraal rond rode reuzenster R Sculptoris

Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hebben astronomen een totaal onverwachte spiraalstructuur ontdekt in het materiaal rond de oude ster R Sculptoris. Het is voor het eerst dat rond een rode reuzenster zowel een bolvormige buitenschil als een daarbinnen gelegen spiraalstructuur is ontdekt. Het is ook voor het eerst dat astronomen zo’n spiraal ruimtelijk in kaart konden brengen. De vreemde vorm is waarschijnlijk ontstaan doordat er een (niet waarneembare) begeleidende ster om de rode reus cirkelt. Dit is een van de eerste wetenschappelijke ALMA-resultaten: het wordt deze week gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Een onderzoeksteam dat gebruik maakt van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), de krachtigste telescoop in zijn soort, heeft een verrassende spiraalstructuur ontdekt in het gas rond de rode reuzenster R Sculptoris. Dit betekent dat deze ster waarschijnlijk een nog onbekende begeleider heeft. De astronomen ontdekten tot hun verrassing ook dat de rode reus onverwacht veel materiaal heeft uitgestoten.

‘We hebben vaker gasschillen rond zulke sterren waargenomen, maar het is voor het eerst dat we zien dat de ster zowel een spiraal van materiaal als een schil heeft geproduceerd,’ zegt de hoofdauteur van het artikel waarin de resultaten worden gepresenteerd, Matthias Maercker (ESO en Argelander-Institut für Astronomie, Universiteit van Bonn, Duitsland). Omdat ze grote hoeveelheden materiaal uitstoten, dragen rode reuzen als R Sculptoris belangrijk bij aan het stof en gas dat het leeuwendeel vormt van het ruwe materiaal waaruit toekomstige generaties van sterren, planetenstelsels en uiteindelijk ook leven ontstaan. Zelfs tijdens de Early Science-fase, waarin deze nieuwe waarnemingen zijn gedaan, presteert ALMA aanzienlijk beter dan andere submillimeter-telescopen. Bij eerdere waarnemingen was wel de bolvormige schil rond R Sculptoris te zien, maar niets dat op een spiraalstructuur of begeleider wees.

‘Toen we de ster met ALMA waarnamen, was nog niet de helft van de antennes in bedrijf. Het is spannend om te bedenken wat er met de ALMA-array mogelijk zal zijn wanneer deze in 2013 compleet is,’ aldus mede-auteur Wouter Vlemmings (Chalmers University of Technology, Zweden). Laat in hun leven veranderen sterren van maximaal acht zonsmassa’s in rode reuzen die een sterke sterrenwind produceren en daardoor veel massa kwijtraken. Tijdens dit rodereuzenstadium ondergaan de sterren ook periodieke thermische pulsen. Dat zijn kortstondige fasen van explosieve heliumverbranding in een schil rond de kern van de ster. Zo’n puls leidt ertoe dat er in veel hoger tempo materiaal van het steroppervlak wordt weggeblazen, wat in de vorming van een grote schil van gas en stof resulteert. Na de puls keert het massaverlies van de ster terug naar zijn normale niveau. Thermische pulsen treden ongeveer eens in de 10.000 à 50.000 jaar op en duren slechts een paar honderd jaar. De nieuwe waarnemingen van R Sculptoris tonen aan dat deze ster ruwweg 1800 jaar geleden een thermische puls heeft ondergaan die ongeveer tweehonderd jaar duurde. De begeleidende ster gaf de wind van R Sculptoris zijn spiraalvorm.

‘Door gebruik te maken van het vermogen van ALMA om kleine details te zien, en te onderzoeken hoe de schil en de spiraalstructuur zijn gevormd, kunnen we veel beter begrijpen wat er voor, tijdens en na de thermische puls met de ster is gebeurd,’ aldus Maercker. ‘We verwachtten wel dat ALMA ons een nieuwe kijk op het heelal zou geven, maar dat we al tijdens een van de eerste waarnemingsreeksen onverwachte nieuwe dingen zouden ontdekken is werkelijk opwindend.’Om de waargenomen structuur rond R Sculptoris te kunnen begrijpen, hebben de astronomen ook computersimulaties uitgevoerd die de evolutie van een dubbelstersysteem nalopen. Deze modellen zijn in goede overeenstemming met de nieuwe ALMA-waarnemingen. Hieronder een video met dwarsdoorsneden van een 3D ALMA-beeld van het materiaal rond de rode reuzenster R Sculptoris.

Bron: ESO.