Astronomer rapporterar om en sällsynt stjärna som är lika stor – eller större – än jordens sol som expanderar och drar ihop sig i ett unikt mönster i tre olika riktningar.

Stjärnan är en som pulserar och kännetecknas därför av varierande ljusstyrka över tiden. Det ligger 7, 000 ljusår bort från jorden i stjärnbilden Pegasus, sa astronomen Farley Ferrante, en medlem av teamet som gjorde upptäckten vid Southern Methodist University, Dallas.

Kallas en variabel stjärna, just denna stjärna är en av endast sju kända stjärnor i sitt slag i vår galax Vintergatan.

"Det var utmanande att identifiera det, ", sa Ferrante. "Det här är första gången vi har stött på denna sällsynta typ."

Vintergatan har mer än 100 miljarder stjärnor. Men drygt 400, 900 är katalogiserade som variabla stjärnor. Av dem, bara sju – inklusive den som identifierats vid SMU – är den sällsynta inre variabla stjärnan som kallas en trippelläge "hög amplitud delta Scuti" (uttalas SKOO-tee) eller trippelläge HADS(B), för korta.

"Upptäckten av detta objekt hjälper till att konkretisera egenskaperna hos denna unika typ av variabel stjärna. Dessa och ytterligare mätningar kan användas för att undersöka hur pulsationerna inträffar, " sa SMU:s Robert Kehoe, en professor vid institutionen för fysik som leder SMU astronomiteamet. "Pulserande stjärnor har också varit viktiga för att förbättra vår förståelse av universums expansion och dess ursprung, vilket är en annan spännande bit i detta pussel."

Stjärnan har ännu inte ett gemensamt namn, endast en officiell beteckning baserad på teleskopet som registrerade det och dess himmelska koordinater. Stjärnan kan observeras genom ett teleskop, men att identifiera det var mycket mer komplicerat.

En gymnasieelev i ett SMU-sommarastronomiprogram gjorde den första upptäckten efter att ha slaktat igenom arkiverade stjärnobservationsdata inspelade av det lilla men kraftfulla ROTSE-I-teleskopet som tidigare var vid Los Alamos National Laboratory i New Mexico.

Vid verifiering, stjärnan loggades in i International Variable Star Index som ROTSE1 J232056.45+345150.9 av American Association of Variable Star Observers på denna länk.

Hur i hela universum upptäcktes det?

SMU:s astrofysiker upptäckte den variabla stjärnan genom att analysera ljuskurvans form, en nyckelidentifierare av stjärntyp. Ljuskurvor skapades från arkiverade data som inhämtats av ROTSE-I under flera nätter i september 2000. Teleskopet genererar bilder av optiskt ljus från elektriska signaler baserat på källans intensitet. Data som representerar ljusintensitet mot tid plottas på en skala för att skapa ljuskurvorna.

Plano Senior High School-eleven Derek Hornung upptäckte först objektet i ROTSE-I-data och förberedde de första ljuskurvorna. Från ljuskurvorna, astronomerna visste att de hade något speciellt.

Det blev ännu mer utmanande att bestämma den specifika typen av variabel stjärna. Sedan Eric Guzman, en fysikexamen från University of Texas i Dallas, som går in på SMU:s forskarutbildning, löste pusslet, identifierar stjärnan som pulserande.

"Ljuskurvmönster är väletablerade, och dessa standardformer motsvarar olika typer av stjärnor, ", sa Ferrante. "I ett visst område på natthimlen som observeras kan det ha funnits hundratals eller till och med tusentals stjärnor. Så mjukvaran vi använder genererar en ljuskurva för var och en, för en natt. Sedan – och här är den mänskliga delen – använder vi vår hjärnas kapacitet för mönsterigenkänning för att hitta något som ser intressant ut och som har en variation. Detta gör att den initiala variabelstjärnekandidaten kan identifieras. Därifrån, du tittar på data från flera andra nätter. Vi kombinerar alla dessa till en tomt, samt lägga till datamängder från andra teleskop, och det är beviset för att urskilja vilken typ av variabel stjärna det är."

Det åstadkoms på ett avgörande sätt under domarprocessen med moderatorn för Variable Star Index.

Arbetet med att upptäcka och analysera denna sällsynta variabla stjärna utfördes i samband med analyser av åtta andra gymnasieelever och två andra studenter som arbetar med andra rörliga kandidater. Gymnasieeleverna fick stöd av SMU:s avdelning för Institutionen för energi/National Science Foundation QuarkNet-programmet.

Uppvärmning och kylning, expanderar och krymper

Av de stjärnor som varierar i ljusstyrka i sig, ett stort antal uppvisar otroligt regelbundna svängningar i sin ljusstyrka, vilket är ett tecken på något pulsationsfenomen i stjärnan, sa Ferrante.

Pulsering är resultatet av att stjärnan expanderar och drar ihop sig när stjärnan åldras och tömmer ut vätebränslet i dess kärna. När vätebränslet brinner varmare, stjärnan expanderar, svalnar sedan, sedan krymper gravitationen tillbaka det, och sammandragning värmer upp det igen.

"Jag talar väldigt allmänt, eftersom det finns många nyanser, men det finns denna ständiga kamp mellan termisk expansion och gravitationssammandragning, " sa Ferrante. "Stjärnan svänger som en fjäder, men den överskrider alltid sin jämvikt, gör det i många miljoner år tills det utvecklas till nästa fas, där den bränner helium i sin kärna. Och om det handlar om solens storlek och massa — då är heliumfusion och kol slutstadiet. Och när helium är förbrukat, vi är kvar med en döende glöd som kallas en vit dvärg."

Inom den pulserande kategorin finns en klass av stjärnor som kallas delta Scuti, som det finns tusentals av. De är uppkallade efter en prototypstjärna vars karakteristiska egenskaper – inklusive korta perioder av pulserande på en skala av några timmar – är typiska för hela klassen.

Inom delta är Scuti en undertyp av vilken hundratals har identifierats, kallas hög amplitud delta Scuti, eller HADS. Deras ljusstyrka varierar särskilt mycket, registrerar mer än 10 procents skillnad mellan deras lägsta och maximala ljusstyrka, indikerar större pulsationer.

Vanligt delta Scuti pulserar längs radien i en enhetlig sammandragning som att blåsa upp en ballong. En mindre underkategori är HADS, som visar asymmetriskt liknande pulserande kurvor.

Inom HADS, det finns den relativt sällsynta subtypen som kallas HADS(B), av vilka det endast finns 114 identifierade.

Stjärnans utveckling - bara en tidsfråga

En HADS(B) kännetecknas av sina två oscillationssätt - olika delar av stjärnan expanderar med olika hastigheter i olika riktningar, men förhållandet mellan dessa två perioder är alltid detsamma.

För SMU-stjärnan, två svängningslägen var inte direkt uppenbara i dess ljuskurva.

"Men vi visste att det var något på gång eftersom ljuskurvan inte riktigt matchade kända ljuskurvor för andra delta Scutis och HADS objekt som vi hade studerat. Ljuskurvorna - när de lades ovanpå varandra - presenterade en asymmetri, ", sa Ferrante. "I slutändan är den HADS(B) vi upptäckte ännu mer unik än så - det är en trippelläge HADS(B) och det fanns tidigare bara sex identifierade i Vintergatan. Så den har tre oscillationslägen, alla tre med en distinkt period, överlappande, och händer samtidigt."

Så ovanlig, faktiskt, det finns ännu inget namn för den här nya kategorin och inte heller en separat registerbeteckning för den. Guzman, forskarstudenten som analyserade och kategoriserade objektet, påminde om hur mysteriet utvecklades.

"När jag började analysera föremålet, vi hade en första idé om vilken typ det kunde vara, ", sa Guzman. "Min uppgift var att ta data och försöka bekräfta typen genom att hitta en andra period som matchade ett känt konstant periodförhållande. Efter att ha hittat det andra läget, Jag märkte en tredje signal. Efter att ha kontrollerat resultaten, Jag upptäckte att den tredje signalen sammanföll med vad som förutspås för ett tredje pulsationsläge."

SMU Triple Mode HADS(B) oscillerar på en skala av 2,5 timmar, så det kommer att expandera och dra ihop sig 10 gånger på en jorddag. Den och de andra kända sex HADS(B) är i samma allmänna region i Vintergatans galax, inom några tusen ljusår från varandra.

"Jag är säker på att det finns fler där ute, "Ferrante sa, "men de är fortfarande sällsynta, en liten bråkdel."

Röda jätten den sista fasen av stjärnans evolution

SMU:s trippelläge HADS(B) är instabilt och längre fram i sin stjärnutveckling än vår sol, som handlar om medelålders och vars pulserande variationer uppstår under mycket längre tid. SMU:s trippelläge HADS(B) kärntemperatur, värms upp från förbränning av vätebränsle, är cirka 15 miljoner Kelvin eller 28 miljoner grader Fahrenheit.

Någon dag, miljoner år från nu, SMU:s trippelläge HADS(B) kommer att tömma vätebränslet i dess kärna, och expandera till en röd jätte.

"Vår sol kan så småningom också uppleva detta, " Sa Ferrante. "Men jorden kommer att vara ogästvänlig långt innan dess. Vi kommer inte att vara här för att se det."