Понад 400 років астрономи, як професійні, так і аматорські, захопилися спостереженням за зірками Міри, класом змінних червоних гігантів, знаменитих пульсаціями, які тривають 80-1000 днів, і спричиняють, що їх очевидна яскравість змінюється в десятки разів або більше протягом циклу.
Міжнародна команда астрономів під керівництвом Гая Перріна з Паризької обсерваторії / LESIA (Медон, Франція) та Стівена Рідвей з Національної обсерваторії оптичної астрономії (Тусон, Арізона, США) використовувала інтерферометричні методи для спостереження за оточенням п'яти зірок Міри, і з подивом виявили, що зірки оточені майже прозорою оболонкою водяної пари та, можливо, окисом вуглецю та іншими молекулами. Ця оболонка надає зіркам оманливо великі видимі розміри. Проникнувши через цей шар за допомогою комбінованого світла декількох телескопів, команда виявила, що зірки Міри, ймовірно, лише вдвічі більші, ніж вважали раніше.
"Це відкриття вирішує нудні невідповідності між спостереженнями за розмірами зірок Міри та моделями, що описують їх склад та пульсації, які зараз можна помітити, як правило, погоджуються між собою" Ridgway пояснює. «Переглянута картина полягає в тому, що зірки Міри є дуже світлими, але відносно нормальними зірками гілки асимптотичного гіганта, але вони мають резонансну пульсацію, яка рухає їх великою мінливістю.»
Зірки Міри особливо цікаві, оскільки вони за розмірами схожі на Сонце, і вони проходять пізню стадію того ж еволюційного шляху, який зазнають усі зірки, що мають одну сонячну масу, включаючи Сонце. Тому ці зірки ілюструють долю нашого Сонця через п’ять мільярдів років. Якби така зірка, включаючи її навколишню оболонку, була розташована у положенні Сонця у нашій Сонячній системі, її пароподібна оболонка виходила б за орбіту Марса.
Хоча вони насправді дуже великого діаметру (до декількох сотень сонячних радіусів), червоні зірки-гіганти схожі на точки Землі без допомоги людських очей, і навіть найбільші телескопи не в змозі розрізнити їх поверхні. Цю проблему можна подолати, комбінуючи сигнали з окремих телескопів, використовуючи методику під назвою астрономічна інтерферометрія, яка дає можливість вивчати дуже дрібні деталі в тісному оточенні зірок Міри. Зрештою, зображення спостережуваних зірок можна реконструювати.
Зірки Міри названі на честь першого такого відомого об'єкта, Міра (або Омікрон Сеті). Одне можливе пояснення їх значної мінливості полягає в тому, що велика кількість матеріалу, включаючи пил і молекули, утворюється протягом кожного циклу. Цей матеріал блокує значну частину зоряного випромінювання, поки матеріал не розбавиться розширенням. Близьке оточення зірок Міри дуже складне, а характеристики центрального об'єкта важко спостерігати.
Для вивчення близького оточення цих зірок команда під керівництвом Перріна та Рідґвея провела спостереження в інфрачервоно-оптичному телескопному масиві (IOTA) Смітсонівської астрофізичної обсерваторії в Арізоні. IOTA - зоряний інтерферометр Мікельсона, з двома руками, що утворюють L-подібний масив. Він працює з трьома колекторами, які можуть бути розміщені на різних станціях на кожному плечі. У цьому дослідженні спостереження проводилися на декількох довжинах хвиль, використовуючи різні відстані телескопа в межах від 10 до 38 метрів.
З цих спостережень команді вдалося реконструювати зміну зоряної яскравості по всій поверхні кожної зірки. Деталі до приблизно 10 мілісекундних секунд можна виявити. Для порівняння, на відстані Місяця це відповідало б побаченню розмірів розміром до 20 метрів.
Спостереження проводилися на ближній інфрачервоній довжині хвилі, яка представляє особливий інтерес для дослідження водяної пари та оксиду вуглецю. Роль цих молекул підозрювалася командою кілька років тому і незалежно підтверджена спостереженнями з інфрачервоної космічної обсерваторії. Нові спостереження з використанням IOTA наочно демонструють, що зірки Міри оточені молекулярним шаром водяної пари і, принаймні в деяких випадках, оксидом вуглецю. Цей шар має температуру близько 2000 К і поширюється приблизно на один зоряний радіус над зоряною фотосферою, або приблизно на 50 відсотків спостережуваного діаметра зірок Міри у зразку.
Попередні інтерферометричні дослідження зірок Міри привели до оцінок діаметрів зірок, які були зміщені наявністю молекулярного шару, і тому були значно завищені. Цей новий результат показує, що зірки Міри приблизно на половину більше, ніж вважали раніше.
Нові спостереження, представлені командою, інтерпретуються в рамках моделі, яка усуває розрив між спостереженнями та теорією. Простір між поверхнею зірки та молекулярним шаром, ймовірно, містить газ, як атмосфера, але при спостережуваних довжинах хвиль він відносно прозорий. У видимому світлі молекулярний шар досить непрозорий, створюючи враження, що це поверхня, але в інфрачервоному просторі він тонкий і через нього може бути видно зірку.
Ця модель вперше пояснила структуру зірок Міри в широкому діапазоні спектральних довжин хвиль від видимої до середини інфрачервоного діапазону і повинна відповідати теоретичним властивостям їх пульсації. Однак наявність шару молекул далеко над зоряною поверхнею все ще дещо загадкова. Шар занадто високий і щільний, щоб підтримувати його атмосферним тиском. Пульсації зірки, ймовірно, відіграють певну роль у виробленні молекулярного шару, але механізм ще не вивчений.
Оскільки зірки Міри представляють пізній еволюційний етап сонцеподібних зірок, буде дуже цікаво краще описати процеси, що відбуваються в них та навколо них, як передвіщення власної очікуваної долі Сонця у віддаленому майбутньому. Зірки Міри викидають у космос велику кількість газу та пилу, як правило, приблизно третину маси Землі на рік, тим самим забезпечуючи понад 75 відсотків молекул у галактиці. Вуглець, азот, кисень та інші елементи, з яких ми створені, здебільшого виробляються у внутрішніх приміщеннях таких зірок (більш важкі елементи, що надходять із наднових), а потім повертаються в космос завдяки цій масовій втраті, щоб стати частиною нових зірок і планет . Техніка дозрівання інтерферометрії дозволяє виявити деталі атмосфери Міра, наблизивши вчених до спостереження та розуміння виробництва та викидання молекул та пилу, коли ці зірки переробляють їх вміст в астрономічному масштабі.
Документ «Розкриття зірок Міри за молекулами: Підтвердження моделі молекулярного шару з вузькою смугою біля інфрачервоної інтерферометрії» Перріном та ін., з’явиться у майбутньому випуску журналу Astronomy & Astrophysics.
Оригінальне джерело: NOAO News Release
