Astronomisch Nieuws

ALMA ziet meerdere ringen rond snel evoluerende koolstofster

Astronomen hebben met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array de koolstofrijke ster V Hydrae bestudeerd die bezig is met de transitie van een asymptotische reuzentak (AGB) ster naar een bipolaire nevel. Ze ontdekten een opmerkelijke set van zes langzaam expanderende ringen binnen een gekromde schijf rond de ster.

V Hydrae stoot 6 ringen uit
Deze compositieopname toont V Hydrae, een koolstofrijke AGB-ster op een afstand van ongeveer 1300 lichtjaar in de richting van het sterrenbeeld Waterslang – Hydra. Credit: ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / S. Dagnello, NRAO, AUI & NSF.

AGB-sterren (Asymptotic Giant Branch) verouderen in meer dan 10.000 – 100.000 jaar en ze stoten meer dan de helft of zelfs nog meer van hun massa uit in een langzame wind en worden vervolgens, in een korte periode van 100-1000 jaar, getransformeerd tot planetaire nevels met een duizelingwekkende verscheidenheid aan morfologieën en wijdverbreide aanwezigheid van puntsymmetrieën.

Recente studies met de Hubble Space Telescope ondersteunen het idee dat gerichte, snelle uitstromen die tijdens de zeer late AGB-fase zijn geïnitieerd een cruciale rol spelen bij de transformatie naar planetaire nevels.

Bewijs voor dergelijke jets en schijven in AGB-sterren is echter zeldzaam; deze fase duurt vermoedelijk zo kort dat er maar weinig nabije sterren zijn die op heterdaad kunnen worden betrapt.

V Hydrae, een koolstofrijke AGB-ster die ongeveer 1300 lichtjaar van ons is verwijderd in de richting van het sterrenbeeld Hydra – Waterslang, is de meest nabije en het beste voorbeeld van deze fase en het is een belangrijk object om het ontstaan van bipolaire en multipolaire planetaire nevels te begrijpen.

De ster is ook bekend als V Hya en men denkt dat de ster een ongeziene tweede begeleider heeft omringd door een accretieschijf die elke 16,9 jaar gedeeltelijke verduisteringen veroorzaakt.

Volgens dr. Raghvendra Sahai, een astronoom bij het Jet Propulsion Laboratory van de NASA toont hun onderzoek op dramatische wijze aan dat het traditionele model van hoe AGB-sterren sterven – door de massale uitstoot van brandstof via een langzame, relatief stabiele, bolvormige wind gedurende 100.000 jaar of meer – op zijn best onvolledig of in het slechtste geval onjuist is. Het is zeer waarschijnlijk dat een naaste stellaire of substellaire metgezel een belangrijke rol speelt bij hun dood en het begrijpen van de fysica van binaire interacties is zowel belangrijk in de astrofysica maar ook een van de grootste uitdagingen.

In het geval van V Hya is de combinatie van een nabije en een hypothetische verre begeleidende ster, althans op zekere hoogte, verantwoordelijk voor de aanwezigheid van zijn zes ringen en de snelle uitstroom die de wonderbaarlijke dood van de ster veroorzaakt.

Volgens professor Mark Morris, astronoom aan de universiteit van Californië is V Hya betrapt tijdens het afstoten van zijn atmosfeer – uiteindelijk het grootste deel van zijn massa – wat de meeste rode reuzensterren in een laat stadium doen.

Tot hun verbazing moesten de astronomen constateren dat, in dit geval, de ster zijn atmosfeer in een reeks van ringen heeft uitgestoten.

Het is de eerste en enige keer dat iemand heeft gezien dat het gas dat door een AGB-ster wordt uitgestoten naar buiten kan stromen in de vorm van een reeks uitdijende rookringen.

De zes ringen zijn in de loop van ongeveer 2100 jaar vanaf V Hya naar buiten toe geëxpandeerd waardoor materie is toegevoegd en de groei van een uitlopende en vervormde schijfachtige structuur met hoge dichtheid is gestimuleerd. Het team heeft deze structuur de schijf DUDE genoemd (Disk Undergoing Dynamical Expansion).

De eindtoestand van stellaire evolutie, wanneer sterren de overgang ondergaan van rode reuzen om te eindigen als een witte dwerg, is een complex proces dat nog niet goed wordt begrepen.

De ontdekking dat dit proces gepaard kan gaan met het uitstoten van gasringen, gelijktijdig met de productie van jets van materiaal die met hoge snelheid bewegen, zorgt voor een nieuw facet in de verkenning van hoe sterren sterven, aldus de onderzoekers

V Hya bevindt zich in de korte maar kritieke overgangsfase die niet erg lang duurt en het is moeilijk om sterren in deze fase te vinden of, beter gezegd, op heterdaad te betrappen.

De onderzoekers hadden geluk en konden alle massaverliesverschijnselen in V Hya in beeld brengen om beter te begrijpen hoe stervende sterren aan het einde van het leven massa verliezen.

Naast een volledige set uitzettende ringen en een kromgetrokken schijf, bevat V Hya twee zandloperachtige structuren, en een extra jetachtige structuur, die uitzetten met hoge snelheden van 240 kilometer per seconde.

De aanwezigheid van zeer snelle uitstromingen werden voor het eerst in 1981 waargenomen. Nu, in 2022, werd een straalstroomachtige structuur gevonden bestaande uit plasmablobs die met hoge snelheden uit V Hya werden geworpen waardoor astronomen in staat worden gesteld om de achterhalen hoe al deze structuren kunnen ontstaan tijdens de evolutionaire fase waarin deze rode reus zich momenteel bevindt.

Het onderzoeksartikel zal gepubliceerd worden in de Astrophysical Journal.

Artikel: R. Sahai et al. 2022. The Rapidly Evolving AGB Star, V Hya: ALMA finds a Multi-Ring Circus with High-Velocity Outflows. ApJ, in press; arXiv: 2202.09335

Eerste publicatie: 4 april 2022
Bron: Sci-News & anderen