Nya rön om gula jättestjärnors utbrott

 

Bild https://www.astro.oma.be/en  En illustratörs bild av den gula hyperjättestjärnan Rho Cassiopeiae kring vilken skal av gas bildas på grund av återkommande utbrott vilket observerats under de senaste 130 åren. Upphovsman: Alex Lobel.

Stora stjärnor är bland de mest massiva och ljusstarka stjärnorna i vintergatan.  Studiet av dessa stjärnor ger astronomer en  inblick i hur mycket massiva stjärnor är sent i sin existens. I synnerhet får vi en titt på stadiet precis innan de utvecklas till supernovor då de dess kärna kollapsar eller alternativt blir till en annan klass av hetare hyperjättar som kallas "Luminous BlueVariables". 

Denna övergång sker när gula hyperjättar snabbt utvecklas genom det så kallade gula evolutionära tomrummet i det övre av Hertzsprung-Russell-diagrammet av stjärnors temperatur kontra luminositet. Att förstå de återkommande utbrotten och pulseringarna från de gula hyperjättarna hjälper astronomer att förfina teoretiska modeller av avancerade stadier av stjärnors utveckling och att förbättra förståelsen av fenomen vid cykliska stjärnutbrott.

Den nya studien, som genomförts under de senaste fem åren av ett internationellt team av forskare i Nederländerna (Leiden University), Belgien (ROB) och Storbritannien (Durham University) innehåller också värdefulla databidrag från amatörastronomer över hela världen.

Teamet fokuserade här på Rho Cas (en stjärna i mellersta delen av stjärnbilden Cassiopeja som man tror är på väg att bli en supernova) en av de mest välstuderade hyperjättarna som kan ses med blotta ögat och här analyserades den långsiktiga variationen i ljusstyrka från 1885 till 2023. Denna omfattande datamängd gjorde det möjligt att undersöka dess exceptionella fysikaliska egenskaper, såväl som uppkomsten och utvecklingen av tre stora atmosfäriska utbrott som skedde 1986, 2000 och 2013.  

Dessa långtidsobservationer avslöjar ett fascinerande mönster: Rho Cas uppvisar cykliska utbrott i atmosfären ungefär vart 10:e till 40:e år, vart och ett med en betydande fluktuation av yttemperaturen, från 4500 till 7500 °C. De nya upptäckterna ger en unik möjlighet att följa en mycket tung stjärna mitt i dess accelererade evolutionära förändring (och troliga framtida slut som supernova).

Studien visar att pulseringarna av Rho Cas blir mer intensiva när en stjärna närmar sig ett utbrott. Specifikt förlängs de pulsperioder som observeras i hyperjättarnas V-band (för mänskliga ögat synliga våglängder) ljusstyrkekurva och då pulsationsamplituderna ökar under åren vilket leder fram till ett utbrott. Detta signalerar att starka radiella pulser spelar en avgörande roll för att utlösa återkommande utbrott som har inträffat sex gånger under de senaste 138 åren, med tidsintervallen  10, 41, 40, 14 och 13 år.

Dr. Lobel, medförfattare till studien beskriver: "Det är första gången som en grundlig undersökning har gjorts med i stort sett all tillgänglig historisk data om Rho Cas som vi har samlat in från litteraturen, och som sträcker sig tillbaka till 1800-talet. Dessutom kunde vi kombinera med nya observationer, inklusive värdefulla bidrag från amatörastronomer. Den nya studien och observationerna är viktiga eftersom de ger viktiga insikter i evolutionen av gula hyperjättar. Sammantaget förbättrar det inte bara vår förståelse av extrema stjärnor, som Rho Cas och dess återkommande utbrott utan bidrar också till en bredare kunskap om gula hyperjättar och deras variabilitet och betydelse för stjärnors utveckling.