Astronomen zien granulatie aan het oppervlak van de grote ster π1 Gruis

Pi1 Gruis in het sterrenbeeld Gruis - Kraanvogel
De rode reus π1 Gruis. Astronomen hebben de Very Large Telescope gebruikt in combinatie met het PIONIER-instrument om de convectiecellen aan het oppervlak van de ster te bestuderen. Iedere cel is ongeveer 120 miljoen kilometer groot. Credit: ESO.

 

Astronomen hebben met behulp van de Very Large Telescope van de ESO rechtstreeks granulatiepatronen waargenomen aan het oppervlak van een ster buiten ons zonnestelsel. Het gaat om de oude rode reus π1 Gruis. De opmerkelijke opname is gemaakt met het PIONIER-instrument van de VLT en het laat convectiecellen zien aan het oppervlak van deze enorme ster. π1 Gruis heeft een diameter van ongeveer 350 zonsdiameters en iedere cel bedekt ongeveer een kwart van de diameter van de ster en heeft een doorsnede van ongeveer 120 miljoen kilometer. De resultaten werden afgelopen week gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

De ster bevindt zich op een afstand van ongeveer 530 lichtjaar van de Zon in het sterrenbeeld Grus – Kraanvogel. π1 Gruis is een koele rode reus die ongeveer dezelfde massa heeft als de Zon maar duizenden keren meer licht uitzendt en ook een doorsnede heeft van ongeveer 350 zonsdiameters. Ooit, over ongeveer 5 miljard jaar, zal onze Zon ook opzwellen tot een vergelijkbare rode reus.

Een internationaal team van astronomen van de ESO heeft met behulp van het PIONIER-instument van de Very Large Telescope van de ESO π1 Gruis bestudeerd. Ze ontdekten dat er maar een paar convectiecellen aan het oppervlak voorkomen maar dat deze cellen wel elk ongeveer 120 miljoen kilometer groot waren; dat komt overeen met ongeveer een kwart van de diameter van de ster. Eén enkele convectiecel zou zich uitstrekken vanaf de Zon tot voorbij de baan van Venus. De oppervlakten, fotosfeer, van veel grote sterren wordt bedenkt door stof waardoor rechtstreeks waarnemingen worden bemoeilijkt. Bij π1 Gruis speelt dit niet, er is wel stof aanwezig maar veel en veel minder waardoor de nieuwe infrarode waarnemingen nauwelijks werden gehinderd.

Grus IAU-kaart
IAU-kaart van het sterrenbeeld Grus – Kraanvogel

Toen π1 Gruis lang geleden door zijn waterstofvoorraad heen was stopte het eerste stadium van het kernfusieprogramma van deze oude ster. De ster begon door het gebrek aan brandstof te krimpen en hierdoor liep de temperatuur op tot meer dan 100 miljoen graden. Deze extreme temperaturen zorgden er voor dat de ster aan het volgende stadium begon namelijk het fuseren van helium in zwaardere aromen zoals koolstof en zuurstof. De enorm hete kern blies de buitenste lagen van de ster op waardoor er een ballon ontstond die honderden keren grote ris dan zijn originele grootte. De ster die we tegenwoordig zien is een veranderlijke rode reus. Het is voor het eerst dat we het oppervlak van dergelijke sterren zo gedetailleerd hebben kunnen waarnemen.

Ter vergelijking; de fotosfeer van onze Zon bevat ongeveer 2 miljoen convectiecellen die een typische doorsnede hebben van ongeveer 1500 kilometer. Het grote verschil tussen de grootte van de convectiecellen van deze twee sterren kan gedeeltelijk verklaard worden door een groot verschil in oppervlaktezwaartekracht. π1 Gruis heeft een massa van 1,5 zonsmassa maar is wel veel en veel groter en dat zorgt voor een geringe zwaartekracht aan het oppervlak en daardoor ook maar een paar, extreem grote granules.

Sterren die zwaarder zijn dan 8 zonsmassa eindigen hun leven in een supernova maar minder zware sterren zoals i1 Gruis verliezen geleidelijk aan hun buitenste lagen waardoor er een planetaire nevel ontstaat. Eerdere studies van π1 Gruis hebben al een schil van materie op een afstand van 0,9 lichtjaar van de ster aangetoond. Deze schil zou ongeveer 20.000 jaar geleden zijn uitgestoten. Deze periode in het leven van een ster duurt slechts een paar duizend jaar en dat is relatief kort vergeleken met de totale levensduur van enkele miljarden jaren. Met deze waarnemingen hebben de astronomen van de ESO aangetoond dat het PIONIER-instrument van de VLT zeer geschikt is om dit stadium van rode reuzen te onderzoeken.

Meer lezen: C. Paladini, et al., “Large granulation cells on the surface of the giant star π1Gruis,” Nature, 2017

Eerste publicatie: 26 december 2017
Bron: diverse persberichten, ESO