Un team di astronomi ha recentemente utilizzato l'Array Infrared-Optical Telescope Array (IOTA) di tre telescopi collegati per scrutare 4 miliardi di anni nel futuro, quando il nostro Sole si gonfia per diventare una stella gigante rossa. Hanno osservato diverse stelle giganti rosse - l'eventuale destino del nostro Sole - e hanno scoperto che le loro superfici erano screziate e variegate, coperte da enormi macchie solari.
Mentre gli astronomi collegano sempre più due telescopi come interferometri per rivelare maggiori dettagli di stelle distanti, un astronomo dell'Osservatorio di Keck sta dimostrando il potere di collegare tre o anche più telescopi insieme.
L'astronomo Sam Ragland ha usato l'array infrarosso-telescopico dell'Arizona (IOTA) di tre telescopi collegati per ottenere dettagli senza precedenti di vecchie stelle giganti rosse che rappresentano l'eventuale destino del sole.
Sorprendentemente, ha scoperto che quasi un terzo dei giganti rossi che ha esaminato non erano uniformemente luminosi sulla loro faccia, ma erano chiazzati, forse indicando grandi macchie o nuvole analoghe alle macchie solari, onde d'urto generate da buste pulsanti o persino pianeti.
"La convinzione tipica è che le stelle debbano essere palle di gas simmetriche", ha detto Ragland, uno specialista dell'interferometro. "Ma il 30 percento di questi giganti rossi ha mostrato asimmetria, che ha implicazioni per gli ultimi stadi dell'evoluzione stellare, quando stelle come il Sole si stanno evolvendo in nebulose planetarie."
I risultati ottenuti da Ragland e dai suoi colleghi dimostrano anche la fattibilità di collegare un trio - o anche quintetto o sestetto - di telescopi a infrarossi per ottenere immagini a risoluzione più elevata nel vicino infrarosso di quanto non fosse possibile prima.
"Con più di due telescopi, puoi esplorare un tipo di scienza totalmente diverso da quello che si potrebbe fare con due telescopi", ha detto.
"È un grande passo per passare da due telescopi a tre", ha aggiunto il teorico Lee Anne Willson, coautore dello studio e professore di fisica e astronomia alla Iowa State University di Ames. "Con tre telescopi puoi dire non solo quanto è grande la stella, ma se è simmetrica o asimmetrica. Con ancora più telescopi, puoi iniziare a trasformarlo in un'immagine. "
Ragland, Willson e i loro colleghi delle istituzioni negli Stati Uniti e in Francia, tra cui la NASA, hanno riportato le loro osservazioni e conclusioni in un documento recentemente accettato dall'Astrophysical Journal.
Ironia della sorte, l'array di telescopi IOTA, operava congiuntamente sul monte. Hopkins dall'Osservatorio Astrofisico Smithsonian, dalla Harvard University, dalla University of Massachusetts, dalla University of Wyoming e dal Lincoln Laboratory of Technology del Lincoln Laboratory, è stato chiuso il 1 luglio per risparmiare denaro. L'interferometro a due telescopi iniziale è andato online nel 1993 e l'aggiunta di un terzo telescopio da 45 centimetri nel 2000 ha creato il primo trio di interferometri ottici e infrarossi.
Il direttore dello IOTA Wesley A. Traub, ex Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e ora al Jet Propulsion Laboratory, ha offerto a Ragland e ai suoi colleghi l'opportunità di utilizzare l'array per testare i limiti dell'interferometria a più telescopi, e forse impara qualcosa sul destino ultimo del sole.
Gli interferometri combinano la luce di due o più telescopi per vedere più dettagli, simulando la risoluzione di un telescopio grande quanto la distanza tra i telescopi. Mentre i radioastronomi usano gli array da anni per simulare telescopi molto più grandi, hanno il vantaggio di lunghezze d'onda relativamente lunghe - metri o centimetri - che rende più semplice rilevare differenze di lunghezza d'onda frazionarie tra i tempi di arrivo della luce su telescopi separati. Fare interferometria nel vicino infrarosso - a una lunghezza d'onda di 1,65 micron, o circa un centesimo di millimetro, come ha fatto Ragland - è molto più difficile perché le lunghezze d'onda sono quasi un milionesimo di quelle delle onde radio.
"A brevi lunghezze d'onda, la stabilità dello strumento è un grosso limite", ha detto Ragland. "Anche una vibrazione distruggerà totalmente la misurazione."
Gli astronomi hanno anche utilizzato una nuova tecnologia per combinare la luce dei tre telescopi IOTA: un chip a stato solido largo mezzo pollice, chiamato combinatore di fascio a ottica integrata (IONIC), sviluppato in Francia. Ciò contrasta con l'interferometro tipico, che consiste in molti specchi per dirigere la luce da più telescopi a un rivelatore comune.
L'obiettivo principale di Ragland sono le stelle di massa medio-bassa - che vanno da tre quarti della massa del Sole a tre volte la massa del Sole - mentre si avvicinano alle estremità della loro vita. Queste sono le stelle che si sono gonfiate in giganti rossi diversi miliardi di anni prima, quando hanno iniziato a bruciare l'elio che si era accumulato durante una vita di combustione dell'idrogeno. Alla fine, tuttavia, queste stelle sono costituite da un nucleo denso di carbonio e ossigeno, circondato da un guscio in cui l'idrogeno viene convertito in elio, quindi l'elio in carbonio e ossigeno. Nella maggior parte di queste stelle, l'idrogeno e l'elio si alternano come combustibili, causando una variazione della luminosità della stella in un periodo di 100.000 anni al variare del carburante. In molti casi, le stelle trascorrono i loro ultimi 200.000 anni come una variabile Mira - un tipo di stella la cui luce varia regolarmente in luminosità per un periodo da 80 a 1000 giorni. Prendono il nome dalla stella prototipo nella costellazione di Cetus conosciuta come Mira.
"Uno dei motivi per cui sono interessato a questo è che il nostro Sole prenderà questa strada ad un certo punto, tra 4 miliardi di anni", ha detto Ragland.
È durante questo periodo che queste stelle iniziano a soffiare via dai loro strati esterni in un "super vento", che alla fine lascerà dietro di sé una nana bianca al centro di una nebulosa planetaria in espansione. Willson modella i meccanismi con cui queste stelle dell'estremità perdono la loro massa, soprattutto se forti venti stellari.
Durante questi eoni calanti, le stelle pulsano anche nell'ordine di mesi o anni, mentre gli strati esterni si muovono verso l'esterno come una valvola di rilascio, ha detto Willson. Molte di queste cosiddette stelle del ramo gigante asintotico sono variabili di Mira, che variano regolarmente man mano che le molecole si formano e creano un bozzolo traslucido o quasi opaco intorno alla parte stellare del tempo. Mentre alcune di queste stelle hanno dimostrato di non essere circolari, qualsiasi caratteristica asimmetrica, come la luminosità irregolare, è impossibile da rilevare con un interferometro a due telescopi, Ragland ha detto.
Ragland e i suoi colleghi hanno osservato con IOTA un totale di 35 variabili Mira, 18 variabili semi-regolari e 3 variabili irregolari, il tutto entro circa 1.300 anni luce dalla Terra, nella nostra Galassia della Via Lattea. Dodici variabili di Mira hanno dimostrato di avere una luminosità asimmetrica, mentre solo tre semi-regolari e uno degli irregolari hanno mostrato questa irregolarità.
La causa di questa luminosità irregolare non è chiara, Ragland ha detto. La modellazione di Willson ha dimostrato che un compagno, come un pianeta in un'orbita simile all'orbita di Giove nel nostro sistema, potrebbe generare una scia nel vento stellare che si presenterebbe come un'asimmetria. Anche un pianeta simile alla Terra più vicino potrebbe generare una scia rilevabile se il vento stellare fosse abbastanza forte, sebbene un pianeta troppo vicino all'inviluppo espanso sarebbe rapidamente trascinato verso l'interno e vaporizzato dalla stella.
In alternativa, grandi quantità di materiale espulso dalla stella potrebbero condensarsi in nuvole che bloccano parte o tutta la luce da parte della stella.
Qualunque sia la causa, ha detto Willson, “questo ci sta dicendo che il presupposto che le stelle siano uniformemente luminose è sbagliato. Potrebbe essere necessario sviluppare una nuova generazione di modelli tridimensionali. "
"Questo studio, il più grande di sempre di questa classe di stelle di tipo tardivo, è il primo a dimostrare fino a che punto le stelle di tipo tardivo, in particolare le variabili Mira e le stelle di carbonio, mostrano gli effetti dei punti caldi e freddi", ha detto il coautore William Danchi del NASA Goddard Space Flight Center. "Ciò ha implicazioni sul modo in cui interpretiamo le osservazioni quando utilizziamo gli interferometri a infrarossi per cercare pianeti attorno a giganti rossi".
I coautori di Ragland sono Traub; Jean-Pierre Berger, P. Kern e F. Malbet del Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG) in Francia; Danchi; J. D. Monnier ed E. Pedretti dell'Università del Michigan, Ann Arbor; Willson; N. P. Carleton, M. G. Lacasse e M. Pearlman di CfA; R. Millan-Gabet del California Institute of Technology; F. Schloerb, M. Brewer, K. Perraut, K. Souccar e G. Wallace dell'Università del Massachusetts, Amherst; W. Cotton del National Radio Astronomy Observatory in Virginia; Charles H. Townes dell'Università della California, Berkeley; P. Haguenauer di ALCATEL Space Industries di Cannes, Francia; e P. Labeye del Laboratoire d'Electronique de Technologie de l'Information (LETI) a Grenoble, che fa parte della Commissione francese per l'energia atomica (CEA). Il chip IONIC è stato sviluppato congiuntamente da LAOG, l'Institut de Microélectronique, à ‰ lectromagnà © tisme et Photonique (IMEP) e LETI.
Il lavoro è stato supportato dalla NASA attraverso una borsa di studio postdottorato Michelson e dalla National Science Foundation.
L'Osservatorio W. M. Keck è gestito come una collaborazione scientifica tra il California Institute of Technology, l'Università della California e la NASA. L'osservatorio è stato reso possibile dal generoso sostegno finanziario della W. Keck Foundation.
Fonte originale: Keck News Release
