Naukowcom udało się stworzyć najdokładniejszą mapę atmosfery czerwonego nadolbrzyma – Antaresa. Rozdzielczość teleskopów ALMA oraz VLA pozwoliła na zarejestrowanie temperatury atmosfery gwiazdy od jej powierzchni, przez chromosferę aż do górnych warstw, w których powstaje wiatr gwiazdowy.

Czerwony nadolbrzym

Antares, znany także jako α Scorpii – najjaśniejsza gwiazda w gwiazdozbiorze Skorpiona, jest czerwonym nadolbrzymem znajdującym się u schyłku swojego życia, kiedy już się ochładza, a jego zapasy wodoru są na wyczerpaniu. Jego życie, tak samo jak Betelgezy, zakończy się wybuchem jako supernowa. α Scorpii, choć ma typ widmowy M, czyli jest chłodniejsza od choćby Słońca, to nadal jest bardzo jasna ze względu na dużo większą powierzchnię – gdyby umieścić gwiazdę w centrum Układu Słonecznego, to jej zewnętrzna warstwa atmosfery kończyłaby się między orbitą Saturna i Urana. Z tych górnych warstw, w postaci wiatru gwiazdowego, wyrzucana jest materia, która później stanowi budulec dla innych obiektów. Trudno jest jednak powiedzieć, w jaki sposób tworzą się te wiatry. Badania atmosfery Antaresa mają przybliżyć naukowców do poznania mechanizmów odpowiadających za ich powstanie.

ALMA i VLA łączą siły

Obserwacje przeprowadzone z wykorzystaniem interferometru radiowego ALMA – Atacama Large Milimeter Array oraz obserwatorium VLA – Very Large Array, pozwoliły na stworzenie, jak do tej pory, najdokładniejszej radiomapy gwiazdy innej niż Słońce. ALMA była wykorzystana do obserwacji w krótszych długościach fali obszarów bliskich powierzchni Antaresa, czyli widzialnej części fotosfery. Natomiast VLA obserwowało w większych długościach fali elektromagnetycznej, co odkryło zewnętrzne warstwy atmosfery najjaśniejszej gwiazdy w Skorpionie. Gdyby porównać do Słońca tę część Antares widoczną tylko w świetle widzialnym, to α Scorpii byłaby około 700 razy większa. Gdy uwzględni się jeszcze część widoczną w promieniowaniu radiowym, promień nadolbrzyma jest 12 razy większy.

Obserwacje w zakresie radiowym pozwoliły na pomiar temperatury większości gazu i plazmy w atmosferze Antaresa. Najciekawsze wyniki obserwacji dotyczyły chromosfery gwiazdy. Podczas gdy wcześniejsze obserwacje w zakresie widzialnym i nadfiolecie wskazywały na to, że temperatura w chromosferze Antaresa osiąga 7000 – 9000 K, to pomiar w falach radiowych wykazał, że jest ona dużo chłodniejsza – na skalę gwiazdową zaledwie ciepła, bo najwyższe temperatury sięgają ok. 3800 K (ok. 3500 oC). Warto też nadmienić, że jest to pierwszy raz, kiedy udało się wykryć chromosferę w promieniowaniu radiowym. Zazwyczaj jest ona niewidzialna w tym zakresie promieniowania, ponieważ jest zbyt gorąca. Za podgrzewanie tych warstw gazu i plazmy odpowiada pole magnetyczne oraz fale uderzeniowe powstałe w wyniku konwekcji na powierzchni fotosfery. W porównaniu chromosfera Słońca osiąga temperaturę ok. 20 tysięcy Kelwinów.

Niejednorodna chromosfera

Wyniki obecnych badań należy pogodzić z wcześniejszymi. Różnicę w pomiarach temperatur można łatwo wytłumaczyć tym, że radio-obserwacje można wykorzystać do pomiaru dużego zakresu temperatur gazu i plazmy w atmosferze gwiazdy. Natomiast obserwacje w krótszych długościach fali, w tym w nadfiolecie, pozwalają na detekcję tylko wąskiego zakresu wysokich temperatur. Jednak sam fakt zarejestrowania zarówno niskich, jak i wysokich temperatur w tej warstwie atmosfery, prowadzi do wniosku, że chromosfera Antaresa jest niejednorodna. Aby łatwiej to sobie wyobrazić, można porównać chromosferę do obrazu składającego się z kropek w różnych kolorach odpowiadających różnym temperaturom. Możemy założyć, że najwyższe temperatury będą w kolorze czerwonym, średnie w żółtym, a najniższe w niebieskim. Na takim obrazie większość chromosfery składałaby się z żółtych kropek i przedstawiałaby obszar widoczny w promieniowaniu radiowym, ale także w mniejszym stopniu z czerwonych kropek – obszarów widocznych w nadfiolecie oraz niebieskich widocznych w podczerwieni. Na chwilę obecną nie ma możliwości, by wyszczególnić obszary o różnych temperaturach i obserwować je indywidualnie, ale astronomowie będą próbować przeprowadzić takie badania w przyszłości.

W opublikowanym artykule naukowcy zaznaczają, że chcieliby poprowadzić dalsze obserwacje Antaresa lub Betelgezy z wykorzystaniem ALMA, które umożliwiłyby między innymi monitorowanie obszarów o wyższych temperaturach, w celu wyjaśnienia ich pochodzenia, a także tego, jak wpływają na wyższe warstwy atmosfery. Jednocześnie naukowcy zaznaczają, że przeprowadzone badania podkreślają, jak ważne jest dla zrozumienia natury atmosfery czerwonych nadolbrzymów uwzględnienie obserwacji w różnych zakresach widma promieniowania elektromagnetycznego.

Autor

Anna Wizerkaniuk

Z wykształcenia inżynier elektronik, studiuje elektronikę na Politechnice Wrocławskiej, członek Zarządu Klubu Astronomicznego Almukantarat