Ett team av astronomer som leds av University of Arizona har skapat en detaljerad, tredimensionell bild av en döende hyperjättestjärna. Teamet, ledd av UArizona-forskarna Ambesh Singh och Lucy Ziurys, spårade fördelningen, riktningarna och hastigheterna för en mängd olika molekyler som omger en röd hyperjättestjärna känd som VY Canis Majoris.

Deras resultat, som de presenterade den 13 juni vid American Astronomical Societys 240:e möte i Pasadena, Kalifornien, ger insikter, i en aldrig tidigare skådad skala, i de processer som åtföljer gigantiska stjärnors död. Arbetet utfördes med samarbetspartnerna Robert Humphreys från University of Minnesota och Anita Richards från University of Manchester i Storbritannien. Teamet planerar att publicera sina resultat i en serie tidningar.

Extrema superjättar kända som hyperjättar är mycket sällsynta, med endast ett fåtal kända för att existera i Vintergatan. Exempel inkluderar Betelgeuse, den näst ljusaste stjärnan i stjärnbilden Orion, och NML Cygni, även känd som V1489 Cygni, i stjärnbilden Cygnus. Till skillnad från stjärnor med lägre massa – som är mer benägna att blåsa upp när de går in i den röda jättefasen men i allmänhet behåller en sfärisk form – tenderar hyperjättar att uppleva betydande, sporadiska massförlusthändelser som bildar komplexa, mycket oregelbundna strukturer som består av bågar, klumpar och knop.

VY Canis Majoris, eller VY CMa, förkortat, ligger cirka 3 009 ljusår från jorden och är en pulserande variabel stjärna i den något södra konstellationen Canis Major. VY CMa sträcker sig över allt från 10 000 till 15 000 astronomiska enheter (med 1 AU är det genomsnittliga avståndet mellan jorden och solen) VY CMa är möjligen den mest massiva stjärnan i Vintergatan, enligt Ziurys.

"Tänk på det som Betelgeuse på steroider," sade Ziurys, en Regents Professor med gemensamma utnämningar i UArizona Department of Chemistry and Biochemistry och Steward Observatory, båda en del av College of Science. "Den är mycket större, mycket mer massiv och genomgår våldsamma massutbrott vart 200:e år eller så."

Teamet valde att studera VY CMa eftersom det är ett av de bästa exemplen på dessa typer av stjärnor.

"Vi är särskilt intresserade av vad hyperjättestjärnor gör i slutet av sina liv", säger Singh, en doktorand på fjärde året i Ziurys labb. "Folk brukade tro att dessa massiva stjärnor helt enkelt utvecklas till supernovaexplosioner, men vi är inte längre säkra på det."

"Om så var fallet borde vi se många fler supernovaexplosioner över himlen," tillade Ziurys. "Vi tror nu att de tyst kan kollapsa i svarta hål, men vi vet inte vilka som avslutar sina liv så, eller varför det händer och hur."

Tidigare avbildning av VY CMa med NASA:s rymdteleskop Hubble och spektroskopi visade närvaron av distinkta bågar och andra klumpar och knutar, många som sträcker sig tusentals AU från den centrala stjärnan. För att avslöja mer detaljer om de processer genom vilka hyperjättestjärnor avslutar sina liv, satte teamet igång med att spåra vissa molekyler runt hyperjätten och kartlägga dem till redan existerande bilder av dammet, tagna av rymdteleskopet Hubble.

"Ingen har kunnat göra en komplett bild av den här stjärnan," sa Ziurys och förklarade att hennes team försökte förstå de mekanismer genom vilka stjärnan avger massa, som verkar vara annorlunda än de mindre stjärnor som går in i sin röda jättefas. i slutet av sina liv.

"Du ser inte denna fina, symmetriska massförlust, utan snarare konvektionsceller som blåser genom stjärnans fotosfär som jättekulor och skjuter ut massa i olika riktningar," sa Ziurys. "Dessa är analoga med koronalbågarna som ses i solen, men en miljard gånger större."

Teamet använde Atacama Large Millimeter Array, eller ALMA, i Chile för att spåra en mängd olika molekyler i material som kastades ut från stjärnytan. Medan vissa observationer fortfarande pågår, erhölls preliminära kartor över svaveloxid, svaveldioxid, kiseloxid, fosforoxid och natriumklorid. Utifrån dessa data konstruerade gruppen en bild av den globala molekylära utflödesstrukturen av VY CMa på skalor som omfattade allt utstött material från stjärnan.

"Molekylerna spårar bågarna i höljet, vilket talar om för oss att molekyler och damm är väl blandade," sa Singh. "Det fina med emissioner av molekyler vid radiovåglängder är att de förser oss med hastighetsinformation, i motsats till dammutsläppen, som är statisk."

Genom att flytta ALMA:s 48 radioskålar till olika konfigurationer kunde forskarna få information om molekylernas riktningar och hastigheter och kartlägga dem över de olika regionerna i hyperjättens hölje i avsevärd detalj, till och med korrelera dem med olika massutstötningshändelser över tid. .

Att bearbeta data krävde en del tunga lyft när det gäller datorkraft, sa Singh.

"Hittills har vi bearbetat nästan en terabyte från ALMA, och vi får fortfarande data som vi måste gå igenom för att få bästa möjliga upplösning", sa han. "Bara kalibrering och rengöring av data kräver upp till 20 000 iterationer, vilket tar en dag eller två för varje molekyl."

"Med dessa observationer kan vi nu sätta dessa på kartor på himlen," sa Ziurys. "Fram till nu hade bara små delar av denna enorma struktur studerats, men man kan inte förstå massaförlusten och hur dessa stora stjärnor dör om man inte tittar på hela regionen. Det var därför vi ville skapa en komplett bild." + Utforska vidare

Hubble löser mysteriet med monsterstjärnans nedtoning