Ett internationellt team av astronomer har skapat den mest detaljerade kartan hittills över atmosfären hos den röda superjätten Antares. Den oöverträffade känsligheten och upplösningen hos både Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) och National Science Foundations Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) avslöjade storleken och temperaturen på Antares atmosfär från strax ovanför stjärnans yta, i hela sin kromosfär, och ända ut till vindområdet.

Röda superjättestjärnor, som Antares och dess mer välkända kusin Betelgeuse, är enorma, relativt kalla stjärnor i slutet av sin livstid. De är på väg att få slut på bränsle, kollaps, och bli supernovor. Genom deras stora stjärnvindar, de skjuter upp tunga element i rymden, spelar därmed en viktig roll i att tillhandahålla de väsentliga byggstenarna för livet i universum. Men det är ett mysterium hur dessa enorma vindar lanseras. En detaljerad studie av atmosfären i Antares, den superjätte stjärnan som ligger närmast jorden, ger ett avgörande steg mot ett svar.

ALMA- och VLA-kartan över Antares är den mest detaljerade radiokartan hittills över någon stjärna, annat än solen. ALMA observerade Antares nära dess yta (dess optiska fotosfär) i kortare våglängder, och de längre våglängderna som observerades av VLA avslöjade stjärnans atmosfär längre ut. Som sett i synligt ljus, Antares diameter är cirka 700 gånger större än solen. Men när ALMA och VLA avslöjade sin atmosfär i radioljus, superjätten visade sig vara ännu mer gigantisk.

"Storleken på en stjärna kan variera dramatiskt beroende på vilken ljusvåglängd den observeras med, " förklarade Eamon O'Gorman från Dublin Institute for Advanced Studies i Irland och huvudförfattare till studien publicerad i 16 juni-upplagan av tidskriften Astronomi &Astrofysik . "De längre våglängderna av VLA avslöjade superjättens atmosfär till nästan 12 gånger stjärnans radie."

Radioteleskopen mätte temperaturen på det mesta av gasen och plasman i Antares atmosfär. Mest påfallande var temperaturen i kromosfären. Detta är området ovanför stjärnans yta som värms upp av magnetfält och chockvågor som skapas av den kraftiga rullande konvektionen vid stjärnytan - ungefär som den bubblande rörelsen i en kastrull med kokande vatten. Inte mycket är känt om kromosfärer, och detta är första gången som denna region har upptäckts i radiovågor.

Tack vare ALMA och VLA, forskarna upptäckte att stjärnans kromosfär sträcker sig ut till 2,5 gånger stjärnans radie (vår sols kromosfär är bara 1/200 av dess radie). De fann också att temperaturen i kromosfären är lägre än tidigare optiska och ultravioletta observationer har föreslagit. Temperaturen toppar vid 3, 500 grader Celsius (6, 400 grader Fahrenheit), varefter den gradvis minskar. Som en jämförelse, solens kromosfär når temperaturer på nästan 20, 000 grader Celsius.

"Vi fann att kromosfären är "ljummen" snarare än varm, i stjärntemperaturer, " sa O'Gorman. "Skillnaden kan förklaras eftersom våra radiomätningar är en känslig termometer för det mesta av gasen och plasman i stjärnans atmosfär, medan tidigare optiska och ultravioletta observationer bara var känsliga för mycket het gas och plasma."

"Vi tror att röda superjättestjärnor, som Antares och Betelgeuse, har en inhomogen atmosfär, " sa medförfattaren Keiichi Ohnaka från Universidad Católica del Norte i Chile som tidigare observerat Antares atmosfär i infrarött ljus. "Föreställ dig att deras atmosfärer är en målning gjord av många prickar i olika färger, representerar olika temperaturer. Det mesta av målningen innehåller prickar av den ljumma gasen som radioteleskop kan se, men det finns också kalla prickar som bara infraröda teleskop kan se, och varma prickar som UV-teleskop ser. För närvarande kan vi inte observera dessa prickar individuellt, men vi vill prova det i framtida studier."

I ALMA- och VLA-data, astronomer såg för första gången en tydlig skillnad mellan kromosfären och den region där vindar börjar bildas. I VLA-bilden, en enorm vind är synlig, utskjuten från Antares och upplyst av dess mindre men hetare följeslagare Antares B.

"När jag var student, Jag drömde om att ha data som denna, " sa medförfattaren Graham Harper vid University of Colorado, Flyttblock. "Att känna till de faktiska storlekarna och temperaturen på atmosfärszonerna ger oss en ledtråd om hur dessa enorma vindar börjar bildas och hur mycket massa som kastas ut."

"Vår medfödda förståelse av natthimlen är att stjärnor bara är ljuspunkter. Det faktum att vi kan kartlägga atmosfären för dessa supergigantiska stjärnor i detalj, är ett sant bevis på tekniska framsteg inom interferometri. Dessa tour de force-observationer för universum nära, rakt in i vår egen bakgård, " sa Chris Carilli från National Radio Astronomy Observatory, som var involverad i de första observationerna av Betelgeuse vid flera radiovåglängder med VLA 1998.