Med hjälp av teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) har astronomer upptäckt en helt oväntad spiral i rymden. Spiralstrukturen finns i materian som omger den gamla stjärnan R Sculptoris. Det är första gången som en sådan struktur, tillsammans med ett sfäriskt yttre skal, har hittats runt en röd jättestjärna. Det är också första gången som astronomer har kunnat samla information om hur en sådan spiral ser ut i tre dimensioner. Den underliga formen skapades troligen av en hittills okänd stjärna som kretsar kring den röda jätten. Studien publiceras i veckans nummer av tidskriften Nature och är en av de första upptäckterna som gjorts med ALMA.
Upptäckten av spiralen tyder på att stjärnan egentligen är en dubbelstjärna: runt den kretsar en hittills okänd kompanjon. Ännu en överraskning för astronomerna var att den röda jätten har kastat långt mycket mer materia i rymden än vad man tidigare trott.
Matthias Maercker är astronom vid ESO och Argelander-institutet för astronomi vid Bonns universitet i Tyskland.
- Vi har sett runda skal av materia runt sådana här stjärnor förut. Men det här är första gången någonsin som vi sett både ett yttre skal och en spiral som utgår från stjärnan, säger han.
Röda jättestjärnor som R Sculptoris blåser stora mängder material ut i rymden. De bidrar starkt till de mängder av stoft, damm och gas som utgör råmaterialet för nya generationer av stjärnor, planetsystem - och så småningom även liv.
Trots att ALMA ännu inte var färdigbyggt då observationerna gjordes lyckades teleskopet ändå prestera långt bättre än andra observatorier för submillimeterljus. Tidigare observationer hade tydligt visat ett sfäriskt skal runt R Sculptoris. Men vare sig spiralstrukturen eller någon kompanjonstjärna har skymtats tidigare.
Wouter Vlemmings, astronom vid Chalmers och Onsala rymdobservatorium, är medförfattare till studien.
- När vi observerade stjärnan med ALMA fanns inte ens hälften av teleskopets antenner på plats. Det är riktigt spännande att föreställa sig vad ALMA kommer att kunna göra när hela antennuppställningen är klar 2013, säger han.
Stjärnor med massa upp till 8 gånger solens blir röda jättar när de blir gamla. Då tappar de en stor del av sin massa i täta stjärnvindar. När en stjärna genomgår detta stadium kallas den en röd jätte. Röda jättar drabbas av så kallade termiska pulser. Under dessa kortlivade faser bränner stjärnan helium på ett våldsamt sätt i ett skal djupt inne i stjärnans kärna. När en termisk puls inträffar leder den till att materia kastas ut från stjärnans yta i allt högre takt, och ett stort skal av stoft och gas bildas runt stjärnan. Efter varje puls återgår takten med vilken stjärnan tappar vikt till det normala.
Sådana termiska pulser återkommer med 10 000 till 50 000 års mellanrum, och varje puls varar i bara ett par hundra år. De nya observationer av R Sculptoris visar att stjärnan drabbades av en termisk puls för 1800 år sedan som varade i cirka 200 år. Det var då som kompanjonstjärnan började forma vinden från R Sculptoris och skapade spiralstrukturen.
- Styrkan med ALMA är att det gör att vi kan se finare detaljer än någonsin tidigare. Genom att studera spiralstrukturen kan vi få en bättre förståelse för vad som händer med stjärnan före, under och efter den termiska pulsen. Vi väntade oss att ALMA skulle ge oss en ny bild av universum, men att vi upptäcker nya oväntade saker redan med några av teleskopets första observationer är väldigt roligt, säger Maercker.
För att kunna förstå strukturen som de sett runt R Sculptoris har astronomteamet genomfört datorsimuleringar som följer hur dubbelstjärnan utvecklas med tiden. Datamodellerna stämmer väl överens med de nya ALMA-observationerna.
Shazrene Mohamed, astrofysiker vid det Sydafrikanska astronomiska observatoriet, är medförfattare till studien.
- Det är en rejäl utmaning att teoretiskt beskriva alla detaljer som ALMA ger oss, men våra datormodeller visar att vi är på rätt spår. ALMA ger oss nya insikter både om vad som händer i stjärnor som den här och om vad som kan hända solen ett par miljarder år i framtiden, säger hon.
- Inom den närmaste framtiden kommer observationer av stjärnor som R Sculptoris att hjälpa oss att förstå hur de grundämnen som vi är uppbyggda av en gång nådde ställen som just jorden. De ger oss dessutom en aning om hur vår egen stjärnas avlägsna framtid kan se ut, avslutar Matthias Maercker.
