Een team van astronomen onder leiding van de Universiteit van Arizona heeft een gedetailleerd, driedimensionaal beeld gemaakt van een stervende hyperreuzenster. Het team, geleid door UArizona-onderzoekers Ambesh Singh en Lucy Ziurys, volgde de verspreiding, richtingen en snelheden van een verscheidenheid aan moleculen rond een rode hyperreuzenster die bekend staat als VY Canis Majoris.

Hun bevindingen, die ze op 13 juni presenteerden op de 240e bijeenkomst van de American Astronomical Society in Pasadena, Californië, bieden op ongekende schaal inzicht in de processen die gepaard gaan met de dood van reuzensterren. Het werk werd gedaan met medewerkers Robert Humphreys van de Universiteit van Minnesota en Anita Richards van de Universiteit van Manchester in het Verenigd Koninkrijk. Het team is van plan zijn bevindingen in een reeks artikelen te publiceren.

Extreme superreuzen, bekend als hyperreuzen, zijn zeer zeldzaam, en er zijn er maar een paar bekend in de Melkweg. Voorbeelden zijn Betelgeuze, de op één na helderste ster in het sterrenbeeld Orion, en NML Cygni, ook bekend als V1489 Cygni, in het sterrenbeeld Cygnus. In tegenstelling tot sterren met een lagere massa - die meer kans hebben om op te blazen zodra ze de fase van de rode reus binnengaan, maar over het algemeen een bolvorm behouden - hebben hyperreuzen de neiging om aanzienlijke, sporadische massaverliesgebeurtenissen te ervaren die complexe, zeer onregelmatige structuren vormen bestaande uit bogen, klonten en knopen.

VY Canis Majoris - of kortweg VY CMa - bevindt zich op ongeveer 3009 lichtjaar van de aarde en is een pulserende veranderlijke ster in het enigszins zuidelijke sterrenbeeld Canis Major. Met een bereik van 10.000 tot 15.000 astronomische eenheden (waarbij 1 AU de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon is) is VY CMa volgens Ziurys mogelijk de zwaarste ster in de Melkweg.

"Zie het als Betelgeuze op steroïden", zei Ziurys, een Regents Professor met gezamenlijke benoemingen in UArizona Department of Chemistry and Biochemistry en Steward Observatory, beide onderdeel van het College of Science. "Het is veel groter, veel massiever en ondergaat om de 200 jaar gewelddadige massa-uitbarstingen."

Het team koos ervoor om VY CMa te bestuderen omdat het een van de beste voorbeelden is van dit soort sterren.

"We zijn vooral geïnteresseerd in wat hyperreuzen doen aan het einde van hun leven", zegt Singh, een vierdejaars doctoraalstudent in het laboratorium van Ziurys. "Vroeger dachten mensen dat deze massieve sterren gewoon evolueren tot supernova-explosies, maar dat weten we niet meer zeker."

"Als dat het geval was, zouden we nog veel meer supernova-explosies aan de hemel moeten zien", voegde Ziurys eraan toe. "We denken nu dat ze stilletjes in zwarte gaten kunnen instorten, maar we weten niet welke hun leven zo beëindigen, of waarom dat gebeurt en hoe."

Eerdere beeldvorming van VY CMa met NASA's Hubble-ruimtetelescoop en spectroscopie toonde de aanwezigheid van duidelijke bogen en andere klonten en knopen, waarvan vele duizenden AU uitstrekken vanaf de centrale ster. Om meer details te ontdekken over de processen waarmee hyperreuzen hun leven beëindigen, ging het team op zoek naar bepaalde moleculen rond de hyperreus en bracht deze in kaart op reeds bestaande beelden van het stof, gemaakt door de Hubble-ruimtetelescoop.

"Niemand heeft een compleet beeld van deze ster kunnen maken", zei Ziurys, en legde uit dat haar team de mechanismen probeerde te begrijpen waarmee de ster massa afwerpt, die anders lijken te zijn dan die van kleinere sterren die hun rode reusfase binnenkomen aan het einde van hun leven.

"Je ziet dit mooie, symmetrische massaverlies niet, maar eerder convectiecellen die als gigantische kogels door de fotosfeer van de ster blazen en massa in verschillende richtingen uitstoten," zei Ziurys. "Deze zijn analoog aan de coronale bogen die in de zon worden gezien, maar een miljard keer groter."

Het team gebruikte de Atacama Large Millimeter Array, of ALMA, in Chili om een ​​verscheidenheid aan moleculen te traceren in materiaal dat van het stellaire oppervlak werd uitgestoten. Terwijl sommige waarnemingen nog aan de gang zijn, werden voorlopige kaarten van zwaveloxide, zwaveldioxide, siliciumoxide, fosforoxide en natriumchloride verkregen. Op basis van deze gegevens construeerde de groep een afbeelding van de globale moleculaire uitstroomstructuur van VY CMa op schalen die al het uitgestoten materiaal van de ster omvatten.

"De moleculen volgen de bogen in de envelop, wat ons vertelt dat moleculen en stof goed gemengd zijn," zei Singh. "Het leuke van emissies van moleculen op radiogolflengten is dat ze ons snelheidsinformatie geven, in tegenstelling tot de stofemissie, die statisch is."

Door de 48 radioschotels van ALMA in verschillende configuraties te plaatsen, konden de onderzoekers informatie verkrijgen over de richtingen en snelheden van de moleculen en deze tot in detail in kaart brengen over de verschillende regio's van de envelop van de hyperreus, en ze zelfs correleerden met verschillende massa-ejectiegebeurtenissen in de loop van de tijd .

Het verwerken van de gegevens vergde wat rekenkracht, zei Singh.

"Tot nu toe hebben we bijna een terabyte van ALMA verwerkt en we ontvangen nog steeds gegevens die we moeten doornemen om de best mogelijke resolutie te krijgen", zei hij. "Alleen al voor het kalibreren en opschonen van de gegevens zijn tot 20.000 iteraties nodig, wat een dag of twee duurt voor elk molecuul."

"Met deze waarnemingen kunnen we deze nu op kaarten aan de hemel zetten", zei Ziurys. "Tot nu toe waren slechts kleine delen van deze enorme structuur bestudeerd, maar je kunt het massaverlies en hoe deze grote sterren sterven niet begrijpen, tenzij je naar de hele regio kijkt. Daarom wilden we een compleet beeld creëren." + Verder verkennen

Hubble lost mysterie van dimmen monsterster op