Команда астрономов недавно использовала Аризонский инфракрасно-оптический телескоп (IOTA) из трех связанных телескопов, чтобы заглянуть в будущее на 4 миллиарда лет, когда наше Солнце раздувается, чтобы стать звездой красного гиганта. Они наблюдали несколько красных гигантских звезд - возможную судьбу нашего Солнца - и обнаружили, что их поверхности пятнистые и разнообразные, покрытые огромными пятнами.
По мере того как астрономы все чаще связывают два телескопа в качестве интерферометров для выявления более подробной детализации далеких звезд, астроном обсерватории Кека демонстрирует способность соединять три или более телескопа друг с другом.
Астроном Сэм Рэгланд использовал Аризонский инфракрасно-оптический телескоп (IOTA) из трех связанных телескопов, чтобы получить беспрецедентную детализацию старых красных гигантских звезд, которые представляют возможную судьбу Солнца.
Удивительно, но он обнаружил, что почти треть красных гигантов, которых он исследовал, не были равномерно яркими по всему лицу, но были пятнистыми, возможно, указывая на большие пятна или облака, похожие на солнечные пятна, ударные волны, генерируемые пульсирующими оболочками, или даже планеты.
«Типичное убеждение состоит в том, что звезды должны быть симметричными газовыми шариками», - говорит Рагланд, специалист по интерферометру. «Но 30 процентов этих красных гигантов показали асимметрию, которая имеет значение для последних стадий звездной эволюции, когда звезды, подобные Солнцу, превращаются в планетарные туманности».
Результаты, полученные Рагландом и его коллегами, также доказывают возможность соединения трио - или даже квинтета или секстета - инфракрасных телескопов для получения изображений с более высоким разрешением в ближней инфракрасной области, чем это было возможно ранее.
«Имея более двух телескопов, вы можете исследовать совершенно другой вид науки, чем это можно сделать с помощью двух телескопов», - сказал он.
«Это большой шаг от двух телескопов к трем», - добавил теоретик Ли Энн Уилсон, соавтор исследования и профессор физики и астрономии в Университете штата Айова в Эймсе. «С помощью трех телескопов вы можете определить не только размер звезды, но и симметричную, или асимметричную. С еще большим количеством телескопов вы можете превратить это в картину ».
Рагланд, Уилсон и их коллеги из учреждений в Соединенных Штатах и Франции, включая НАСА, сообщили о своих наблюдениях и выводах в статье, недавно принятой в Astrophysical Journal.
По иронии судьбы, массив телескопов IOTA, работающий совместно на Mt. Хопкинс Смитсоновской астрофизической обсерватории, Гарвардского университета, Университета Массачусетса, Университета Вайоминга и Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института был закрыт 1 июля, чтобы сэкономить деньги. Первый интерферометр с двумя телескопами был запущен в эксплуатацию в 1993 году, а добавление третьего 45-сантиметрового телескопа в 2000 году создало первое оптическое и инфракрасное трио интерферометра.
Директор IOTA Уэсли А. Трауб, ранее работавший в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики (CfA), а теперь в Лаборатории реактивного движения, предложил Рагланду и его коллегам возможность использовать массив для проверки пределов интерферометрии с несколькими телескопами и, возможно, узнать кое-что об окончательной судьбе Солнца.
Интерферометры объединяют свет от двух или более телескопов, чтобы увидеть больше деталей, имитируя разрешение телескопа, равное расстоянию между телескопами. В то время как радиоастрономы годами использовали массивы для моделирования гораздо больших телескопов, они имеют преимущество относительно больших длин волн - метров или сантиметров - что облегчает обнаружение дробных разностей длин волн между временами прихода света на отдельные телескопы. Выполнять интерферометрию в ближнем инфракрасном диапазоне - на длине волны 1,65 микрона или примерно на сотой доли миллиметра, как это сделал Рагланд, - гораздо сложнее, потому что длины волн почти в миллион раз меньше, чем у радиоволн.
«На коротких волнах стабильность инструмента является основным препятствием», - сказал Рагланд. «Даже вибрация полностью разрушит измерение».
Астрономы также использовали новую технологию для объединения света от трех телескопов IOTA: твердотельный чип шириной в полдюйма, называемый интегратором оптических пучков (IONIC), разработанный во Франции. Это отличается от типичного интерферометра, который состоит из множества зеркал для направления света от нескольких телескопов к общему детектору.
Основной фокус Рагланда - звезды с низкой и средней массой - от трех четвертей массы Солнца до трехкратной массы Солнца - по мере приближения к концу своей жизни. Это звезды, которые раздулись в красных гигантов несколько миллиардов лет назад, когда они начали сжигать гелий, накопившийся в течение всей жизни сжигания водорода. К концу, тем не менее, эти звезды состоят из плотного ядра углерода и кислорода, окруженного оболочкой, где водород превращается в гелий, а затем гелий в углерод и кислород. В большинстве этих звезд водород и гелий чередуются в качестве топлива, в результате чего яркость звезды меняется в течение 100 000 лет при изменении топлива. Во многих случаях последние 200 000 лет звезды проводят как переменную Мира - тип звезды, свет которой регулярно меняется по яркости в течение периода от 80 до 1000 дней. Они названы в честь звезды-прототипа в созвездии Кита, известного как Мира.
«Одна из причин, по которой меня это интересует, заключается в том, что наше Солнце пойдет по этому пути в какой-то момент, через 4 миллиарда лет», - сказал Рагланд.
Именно в этот период эти звезды начинают сдувать свои внешние слои в виде «суперветра», который в конечном итоге оставляет белого карлика в центре расширяющейся планетарной туманности. Уилсон моделирует механизмы, с помощью которых эти звезды на конечной стадии теряют свою массу, прежде всего при сильных звездных ветрах.
В течение этих убывающих эонов звезды также пульсируют порядка месяцев или лет, поскольку внешние слои изрываются наружу, как выпускной клапан, сказал Уилсон. Многие из этих так называемых асимптотических гигантских ветвящихся звезд являются переменными Мира, которые регулярно меняются по мере образования молекул и создают полупрозрачный или почти непрозрачный кокон вокруг звезды. По словам Рагланда, хотя некоторые из этих звезд были некруглыми, любые асимметричные особенности, такие как пятнистая яркость, невозможно обнаружить с помощью интерферометра с двумя телескопами.
Рагланд и его коллеги с помощью IOTA наблюдали в нашей Галактике Млечный путь в общей сложности 35 переменных Мира, 18 полурегулярных переменных и 3 нерегулярных переменных, все в пределах примерно 1300 световых лет от Земли. Двенадцать из переменных Мира оказались асимметричной яркости, в то время как только три из полурегулярных и один из нерегулярных показали эту пятнистость.
По словам Рагланда, причина этой пятнистой яркости неясна. Моделирование Уилсона показало, что спутник, такой как планета на орбите, подобной орбите Юпитера в нашей собственной системе, может генерировать пробуждение при звездном ветре, которое проявится как асимметрия. Даже более близкая к Земле планета может генерировать обнаруживаемый след, если звездный ветер будет достаточно сильным, хотя планета, расположенная слишком близко к расширенной оболочке, будет быстро втягиваться внутрь и испаряться звездой.
Альтернативно, большое количество материала, выбрасываемого из звезды, может конденсироваться в облака, которые блокируют часть или весь свет от части звезды.
Какова бы ни была причина, Уилсон сказал: «Это говорит нам о том, что предположение о том, что звезды одинаково яркие, неверно. Возможно, нам потребуется разработать новое поколение трехмерных моделей ».
«Это исследование, крупнейшее из когда-либо существовавших в этом классе звезд позднего типа, является первым, демонстрирующим степень, в которой звезды позднего типа, особенно переменные Мира и углеродные звезды, показывают влияние горячих и холодных пятен», - сказал соавтор Уильям Данчи из НАСА Центр космических полетов Годдарда. «Это имеет значение для того, как мы интерпретируем наблюдения, когда мы используем инфракрасные интерферометры для поиска планет вокруг красных гигантов».
Соавторы Рагланда - Трауб; Жан-Пьер Берже, П. Керн и Ф. Мальбет из Лаборатории астрофизики Гренобля (LAOG) во Франции; Danchi; Дж. Д. Моннье и Э. Педретти из Мичиганского университета, Энн Арбор; Вильсон; Н. П. Карлтон, М. Г. Лакассе и М. Перлман из CfA; Р. Миллан-Габет из Калифорнийского технологического института; Ф. Шлоерб, М. Брюер, К. Перро, К. Соуккар и Г. Уоллес из Массачусетского университета, Амхерст; В. Коттон из Национальной радиоастрономической обсерватории в Вирджинии; Чарльз Х. Таунс из Калифорнийского университета в Беркли; П. Хагенауэр из ALCATEL Space Industries, Канны, Франция; и П. Лабей из Лаборатории электронной технологии (LETI) в Гренобле, которая является частью Комиссии по атомной энергии Франции (CEA). Микросхема IONIC была разработана совместно LAOG, Institut de Microlectronique, ‰lectromagnétisme et Photonique (IMEP) и LETI.
Работа была поддержана НАСА через докторскую стипендию Майкельсона и Национальный научный фонд.
Обсерватория У. М. Кека работает в качестве научного партнерства между Калифорнийским технологическим институтом, Калифорнийским университетом и НАСА. Обсерватория стала возможной благодаря щедрой финансовой поддержке Фонда В. Кека.
Первоисточник: Пресс-релиз Keck
