Ved hjælp af ESO's Alma-teleskop (Atacama Large Millimeter/-submillimeter Array) har et forskerhold under ledelse af Matthias Maercker fra Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn i Tyskland opdaget en overraskende spiralstruktur i gassen omkring den røde kæmpestjerne R Sculptoris.

Det betyder, at der sandsynligvis er en hidtil uset ledsagerstjerne, der kredser om stjernen. Astronomerne var også overraskede over at opdage, at langt mere materiale end forventet er blevet slynget væk af den røde kæmpe.

R Sculptoris er et eksempel på en AGB-stjerne (AGB: asymptotic giant branch). Det er stjerner, der i de sene stadier af deres liv som udgangspunkt er mellem 0,8 og 8 gange så tunge som Solen. De er kolde røde kæmpestjerner med et stort massetab i form af stærke stjernevinde, og de er typisk langperiodiske variable. De består af en lille central kerne af kulstof og ilt omgivet af en helium- og brint-brændende skal og derefter et enormt konvektionslag. Solen vil med tiden udvikle sig til en AGB-stjerne.

Det er første gang, at astronomer har kunnet få fuldstændige tredimensionelle oplysninger om en sådan spiral ved en rød kæmpestjerne. Den mærkelige form er sandsynligvis blevet skabt af en skjult ledsagerstjerne, der kredser om den røde kæmpe.

Matthias Maercker siger i en pressemeddelelse:

»Vi har før set skaller omkring denne type af stjerner, men det er første gang nogensinde, at vi har set en spiral af materiale, der kommer ud fra en stjerne, sammen med en omgivende skal.«

Da røde kæmper som R Sculptoris udslynger store mængder materiale, bidrager de væsentligt til det støv og den gas, der udgør størsteparten af råmaterialet til dannelsen af fremtidige generationer af stjerner, planetsystemer og i sidste ende livet.

Selv i den tidlige videnskabelige fase, hvor de nye observationer blev foretaget, var Alma-teleskopet langt bedre end andre submillimeter-observatorier. Tidligere observationer havde tydeligt vist en kugleformet skal rundt om R Sculptoris, men hverken spiralstrukturen eller en ledsagerstjerne var blevet fundet.

Sidst i deres liv vil stjerner, der er op til otte gange tungere end Solen, blive røde kæmpestjerner og miste en stor del af deres masse i en tæt stjernevind. Under denne fase som røde kæmpe gennemgår stjernerne også jævnligt termiske pulser. Det er korte faser med en eksplosiv afbrænding af helium i en skal omkring stjernens kerne. En termisk puls medfører, at materiale slynges hurtigere væk fra stjernens overflade og derved danner en stor skal af støv og gas omkring stjernen. Efter pulsen vil stjernens massetab falde til sin normale værdi igen.

Termiske pulser forekommer cirka hver 10.000 til 50.000 år og varer kun et par hundrede år. De nye observationer af R Sculptoris viser, at den har oplevet en termisk puls for omkring 1.800 år siden, der varede i omkring 200 år. Ledsagerstjernen formede så vinden fra R Sculptoris til en spiralstruktur.

Med de nye observationer kan astronomerne bedre se de fine detaljer, og dermed, meget bedre forstå, hvad der sker med stjerner før, under og efter den termiske puls, ved at studere formen af skallen og spiralstrukturen.

For at beskrive den observerede struktur omkring R Sculptoris, har holdet også udført computersimuleringer for at følge udviklingen i det dobbelte stjernesystem. Disse modeller stemmer meget godt overens med de nye Alma-observationer.

»I den nærmeste fremtid vil observationer af stjerner som R Sculptoris, hjælpe os med at forstå, hvordan grundstofferne, vi er lavet af, er kommet til steder som Jorden. De vil også give os en idé om, hvordan vores egen stjernes fremtid kan blive,« fortsætter Matthias Maercker.

Disse resultater præsenteres i artiklen 'Unexpectedly large mass loss during the thermal pulse cycle of the red giant star R Sculptoris' af Maercker et al., der udkommer i tidsskriftet Nature. Alma-observatoriet vil blive indviet den 13. marts 2013. Det er et af de første tidlige videnskabelige resultater fra Alma, der bliver offentliggjort.

Dokumentation

Pressemeddelelse fra ESO