ดูอนาคตของดวงอาทิตย์ของเรา

เมื่อเร็ว ๆ นี้ทีมนักดาราศาสตร์ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด - อาเรย์ (IOTA) ของอาริโซน่าของกล้องสามตัวที่เชื่อมโยงกันเพื่อส่องดูอนาคต 4 พันล้านปีในอนาคตเมื่อดวงอาทิตย์ของเรากลายเป็นดาวยักษ์แดง พวกเขาสังเกตเห็นดาวยักษ์แดงหลายดวง - ชะตากรรมสุดท้ายของดวงอาทิตย์ของเรา - และค้นพบพื้นผิวของพวกเขาที่มีรอยด่างและแตกต่างกันไป

ในขณะที่นักดาราศาสตร์เชื่อมโยงกล้องสองตัวเข้าด้วยกันมากขึ้นเพื่อเปิดเผยรายละเอียดของดาวฤกษ์ห่างไกลนักดาราศาสตร์หอสังเกตการณ์ Keck กำลังแสดงพลังในการเชื่อมโยงกล้องโทรทรรศน์สามดวงหรือมากกว่าเข้าด้วยกัน

นักดาราศาสตร์ Sam Ragland ใช้กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด - อาเรย์ (IOTA) ของอาริโซน่าในสามกล้องโทรทรรศน์ที่เชื่อมโยงเพื่อรับรายละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อนของดาวยักษ์แดงอายุมากซึ่งเป็นตัวแทนชะตากรรมของดวงอาทิตย์

น่าแปลกใจที่เขาพบว่ายักษ์แดงเกือบหนึ่งในสามที่สำรวจไม่ได้ส่องสว่างทั่วใบหน้า แต่เป็นหย่อมบางทีอาจเป็นจุดใหญ่หรือก้อนเมฆที่คล้ายกับจุดดับคลื่นช็อกที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของดาวเคราะห์หรือแม้แต่ดาวเคราะห์

“ ความเชื่อโดยทั่วไปคือดาวจะต้องเป็นลูกบอลก๊าซแบบสมมาตร” Ragland ผู้เชี่ยวชาญผู้เชี่ยวชาญด้านอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์กล่าว “ แต่ยักษ์ใหญ่สีแดงร้อยละ 30 เหล่านี้แสดงความไม่สมดุลซึ่งมีผลต่อการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ในระยะสุดท้ายเมื่อดาวอย่างดวงอาทิตย์กำลังวิวัฒนาการสู่เนบิวลาดาวเคราะห์

ผลลัพธ์ที่ได้จาก Ragland และเพื่อนร่วมงานของเขายังพิสูจน์ความเป็นไปได้ในการเชื่อมโยงกล้องอินฟราเรดสามดวงหรือสี่ดวงหรือหกทิศทางเพื่อให้ได้ภาพความละเอียดสูงในระยะใกล้อินฟราเรดมากกว่าที่เคยเป็นมาก่อน

“ ด้วยกล้องโทรทรรศน์มากกว่าสองตัวคุณสามารถสำรวจวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงกว่าที่ทำได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์สองตัว” เขากล่าว

“ มันเป็นก้าวที่ยิ่งใหญ่ในการเปลี่ยนจากกล้องโทรทรรศน์สองตัวเป็นสามเท่า” ลีแอนวิลสันนักทฤษฎีซึ่งเป็นผู้ร่วมทำการศึกษาและศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยไอโอวาสเตทในเอมส์กล่าว “ ด้วยกล้องโทรทรรศน์สามดวงคุณสามารถบอกได้ว่าดาวนั้นใหญ่แค่ไหน แต่ไม่ว่าจะเป็นแบบสมมาตรหรือไม่สมมาตร ด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่มากขึ้นคุณสามารถเริ่มเปลี่ยนมันให้เป็นรูปภาพได้”

Ragland, Willson และเพื่อนร่วมงานของพวกเขาที่สถาบันในสหรัฐอเมริกาและฝรั่งเศสรวมถึง NASA ได้รายงานการสังเกตการณ์และข้อสรุปของพวกเขาในเอกสารที่เพิ่งได้รับการยอมรับโดย Astrophysical Journal

กระแทกแดกดันอาร์เรย์กล้องโทรทรรศน์ IOTA ดำเนินการร่วมกันบนภูเขา ฮอปกินส์โดยหอดูดาวดาราศาสตร์สมิ ธ โซเนียน, มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด, มหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์, มหาวิทยาลัยไวโอมิงและห้องปฏิบัติการลินคอล์นของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ถูกปิดตัวลงเมื่อวันที่ 1 กรกฎาคมเพื่อประหยัดเงิน interferometer สองกล้องโทรทรรศน์เริ่มต้นได้ออนไลน์ในปี 1993 และการเพิ่มขึ้นของกล้องโทรทรรศน์ 45 ซม. ที่สามในปี 2000 ได้สร้าง trio interferometer ทั้งทางแสงและอินฟราเรดตัวแรก

ผู้อำนวยการ IOTA เวสลีย์เอ. ทร็อบอดีตศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียน (CfA) และตอนนี้ที่ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion เสนอโอกาสให้ Ragland และเพื่อนร่วมงานของเขาใช้อาร์เรย์เพื่อทดสอบขอบเขตของกล้องโทรทรรศน์หลายตัว เรียนรู้บางสิ่งเกี่ยวกับชะตากรรมสุดท้ายของดวงอาทิตย์

อินเทอร์มอมิเตอร์มีการรวมแสงจากกล้องโทรทรรศน์ตั้งแต่สองตัวขึ้นไปเพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติมโดยจำลองความละเอียดของกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่เท่ากับระยะทางระหว่างกล้องโทรทรรศน์ ในขณะที่นักดาราศาสตร์วิทยุใช้อาร์เรย์หลายปีในการจำลองกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่กว่าพวกมันมีข้อได้เปรียบของความยาวคลื่นที่ค่อนข้างยาว - เมตรหรือเซนติเมตรซึ่งทำให้ง่ายต่อการตรวจจับความแตกต่างของความยาวคลื่นเศษส่วนระหว่างเวลาที่แสงมาถึง การทำอินเฟอโรเมทในช่วงใกล้อินฟราเรดที่ความยาวคลื่น 1.65 ไมครอนหรือประมาณหนึ่งในร้อยมิลลิเมตรดังที่ Ragland ทำได้ยากกว่ามากเพราะความยาวคลื่นเกือบหนึ่งล้านของคลื่นวิทยุ

“ ที่ความยาวคลื่นสั้นความเสถียรของเครื่องมือเป็นข้อ จำกัด ที่สำคัญ” Ragland กล่าว “ แม้แต่การสั่นสะเทือนก็จะทำลายการวัดทั้งหมด”

นักดาราศาสตร์ยังใช้เทคโนโลยีใหม่ในการรวมแสงจากกล้องโทรทรรศน์ IOTA สามตัวนั่นคือชิป solid-state กว้างครึ่งนิ้วที่เรียกว่า Combiner Beam Combiner (IONIC) ซึ่งพัฒนาขึ้นในประเทศฝรั่งเศส สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับ interferometer ทั่วไปซึ่งประกอบด้วยกระจกจำนวนมากเพื่อควบคุมแสงจากกล้องโทรทรรศน์หลายตัวไปยังเครื่องตรวจจับทั่วไป

จุดสนใจหลักของ Ragland คือดาวมวลต่ำถึงปานกลางตั้งแต่สามในสี่ของมวลดวงอาทิตย์ถึงสามเท่าของมวลดวงอาทิตย์เมื่อเข้าใกล้จุดจบของชีวิต เหล่านี้คือดาวที่พุ่งเข้าหาดาวยักษ์แดงเมื่อหลายพันล้านปีก่อนเมื่อพวกเขาเริ่มเผาฮีเลียมที่สะสมในช่วงชีวิตของการเผาไหม้ไฮโดรเจน ในตอนท้ายดาวฤกษ์เหล่านี้ประกอบด้วยแกนกลางที่หนาแน่นของคาร์บอนและออกซิเจนซึ่งล้อมรอบด้วยเปลือกซึ่งไฮโดรเจนถูกเปลี่ยนเป็นฮีเลียมแล้วฮีเลียมเป็นคาร์บอนและออกซิเจน ในดาวฤกษ์เหล่านี้ส่วนใหญ่ไฮโดรเจนและฮีเลียมจะเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงทำให้ความสว่างของดาวแตกต่างกันในช่วงระยะเวลา 100,000 ปีเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของเชื้อเพลิง ในหลายกรณีดวงดาวใช้เวลา 200,000 ปีสุดท้ายเป็นตัวแปร Mira - เป็นดาวประเภทหนึ่งที่มีแสงแตกต่างกันไปตามความสว่างเป็นประจำในช่วง 80 ถึง 1,000 วัน พวกมันได้รับการตั้งชื่อตามดาวต้นแบบในกลุ่มดาวเซตัสที่รู้จักกันในชื่อมิรา

“ เหตุผลหนึ่งที่ฉันสนใจในเรื่องนี้ก็คือดวงอาทิตย์ของเรากำลังจะไปเส้นทางนี้ในบางจุด 4 พันล้านปีจากนี้” Ragland กล่าว

ในช่วงเวลานี้ดาวเหล่านี้เริ่มระเบิดชั้นนอกของพวกมันใน“ superwind” ซึ่งในที่สุดจะทิ้งดาวแคระขาวไว้ที่ใจกลางเนบิวลาดาวเคราะห์ที่กำลังขยายตัว Willson เป็นแบบจำลองกลไกที่ดาวฤกษ์ระยะสุดท้ายเหล่านี้สูญเสียไปโดยส่วนใหญ่เป็นลมที่แรงมาก

ในช่วงมหายุคที่เสื่อมโทรมเหล่านี้ดวงดาวก็ยังเต้นเป็นจังหวะตามลำดับของเดือนถึงหลายปีเนื่องจากชั้นนอกของโลกนั้นเปล่งออกมาเหมือนวาล์วปล่อย ดาวฤกษ์ยักษ์สาขา asymptotic เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นตัวแปร Mira ซึ่งแตกต่างกันอย่างสม่ำเสมอเมื่อโมเลกุลก่อตัวและสร้างรังไหมแบบโปร่งแสงหรือเกือบทึบแสงรอบส่วนของดาว แม้ว่าดาวเหล่านี้บางดวงจะแสดงว่าไม่เป็นวงกลม แต่คุณสมบัติที่ไม่สมมาตรเช่นความสว่างของแพทช์ไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยเครื่องวัดระยะห่างแบบสองกล้องโทรทรรศน์ Ragland กล่าว

Ragland และเพื่อนร่วมงานของเขาสังเกตุเห็นด้วย IOTA ทั้งหมด 35 ตัวแปร Mira, ตัวแปรกึ่งปกติ 18 ตัวและตัวแปรผิดปกติ 3 ตัวทั้งหมดนี้อยู่ในระยะทาง 1,300 ปีแสงของโลกในกาแลคซีทางช้างเผือกของเรา ตัวแปร Mira สิบสองตัวได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความสว่างไม่สมมาตรในขณะที่มีเพียงสามในกึ่งประจำและหนึ่งในความผิดปกติที่แสดงให้เห็นถึงความแพตช์นี้

สาเหตุของความสว่างเป็นหย่อม ๆ นี้ไม่ชัดเจน Ragland กล่าว การสร้างแบบจำลองโดย Willson แสดงให้เห็นว่าสหายเช่นดาวเคราะห์ในวงโคจรคล้ายกับวงโคจรของดาวพฤหัสบดีในระบบของเราเองสามารถสร้างความตื่นตัวในลมดวงดาวที่จะปรากฏเป็นสมมาตร แม้แต่ดาวเคราะห์ที่คล้ายโลกมากขึ้นก็สามารถสร้างเสียงปลุกที่ตรวจพบได้หากลมดาวฤกษ์นั้นแรงพอแม้ว่าดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้กับซองที่ขยายใหญ่เกินไปจะถูกลากเข้าด้านในและระเหยโดยดาวฤกษ์

อีกทางหนึ่งวัสดุจำนวนมากที่ถูกขับออกจากดาวฤกษ์อาจกลั่นตัวเป็นก้อนเมฆซึ่งปิดกั้นแสงบางส่วนหรือทั้งหมดจากส่วนหนึ่งของดาว

ไม่ว่าจะเกิดจากสาเหตุใดก็ตามวิลสันกล่าวว่า“ สิ่งนี้กำลังบอกเราว่าการสันนิษฐานว่าดาวสว่างอย่างสม่ำเสมอนั้นผิด เราอาจต้องพัฒนาโมเดลสามมิติรุ่นใหม่”

“ การศึกษาครั้งนี้ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาของดาวประเภทปลายนี่เป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นถึงระดับที่ดาวประเภทปลายโดยเฉพาะตัวแปร Mira และดาวคาร์บอนแสดงผลของจุดร้อนและเย็น” coauthor กล่าว วิลเลียม Danchi ของนาซาก็อดดาร์ดศูนย์การบินอวกาศ “ สิ่งนี้มีความหมายว่าเราตีความการสังเกตการณ์อย่างไรเมื่อเราใช้เครื่องวัดอินฟาเรดแบบอินฟาเรดเพื่อค้นหาดาวเคราะห์รอบดาวยักษ์แดง”

ผู้เขียนร่วมของ Ragland คือ Traub Jean-Pierre Berger, P. Kern และ F. Malbet จาก Laboratoire d’Astrophysique de Grenoble (LAOG) ในฝรั่งเศส; Danchi; J. D. Monnier และ E. Pedretti จาก University of Michigan, Ann Arbor; วิลสัน; N. P. Carleton, M. G. Lacasse และ M. Pearlman แห่ง CfA; R. Millan-Gabet จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย; F. Schloerb, M. Brewer, K. Perraut, K. Souccar และ G. Wallace จากมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์, แอเมิร์สต์; W. Cotton จากหอดูดาวดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติในเวอร์จิเนีย; Charles H. Townes จาก University of California, Berkeley; P. Haguenauer จาก ALCATEL Space Industries แห่งเมืองคานส์ประเทศฝรั่งเศส และ P. Labeye ของ Laboratoire d’Electronique de Technologie de l’Information (LETI) ใน Grenoble ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ French Atomic Energy Commission (CEA) ชิป IONIC ได้รับการพัฒนาร่วมกันโดย LAOG, Institut de Microé lectronique, ‰lectromagné tisme et Photonique (IMEP) และ LETI

งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากองค์การนาซ่าผ่าน Michelson Postdoctoral Fellowship และมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ

หอสังเกตการณ์ W. M. Keck ดำเนินการในฐานะหุ้นส่วนทางวิทยาศาสตร์ระหว่างสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนียมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียและองค์การนาซ่า หอดูดาวนี้เกิดขึ้นได้จากการสนับสนุนด้านการเงินของมูลนิธิ W. Keck

แหล่งต้นฉบับ: Keck News Release