Trong hơn 400 năm, các nhà thiên văn học cả chuyên nghiệp và nghiệp dư đã đặc biệt quan tâm đến việc quan sát các ngôi sao Mira, một lớp người khổng lồ đỏ biến đổi nổi tiếng với các xung kéo dài trong 80-1.000 ngày và khiến độ sáng rõ ràng của chúng thay đổi gấp 10 lần hoặc nhiều hơn trong một chu kỳ.
Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế do Guy Perrin dẫn đầu từ Đài thiên văn Paris / LESIA (Meudon, Pháp) và Stephen Ridgway từ Đài quan sát thiên văn quang học quốc gia (Tucson, Arizona, Hoa Kỳ) đã sử dụng các kỹ thuật giao thoa kế để quan sát môi trường gần của năm sao Mira, và rất ngạc nhiên khi thấy rằng các ngôi sao được bao quanh bởi lớp vỏ hơi nước gần như trong suốt, và có thể là carbon monoxide và các phân tử khác. Lớp vỏ này mang lại cho các ngôi sao một kích thước rõ ràng lớn. Bằng cách thâm nhập qua lớp này bằng ánh sáng kết hợp của một số kính thiên văn, nhóm nghiên cứu nhận thấy các ngôi sao Mira có khả năng chỉ lớn bằng một nửa so với trước đây.
? Phát hiện này giải quyết sự mâu thuẫn dai dẳng giữa các quan sát về kích thước của các ngôi sao Mira và các mô hình mô tả thành phần và xung của chúng, hiện có thể thấy là đồng ý với nhau ,? Ridgway giải thích. ? Bức tranh sửa đổi là các ngôi sao Mira rất sáng nhưng là những ngôi sao tương đối bình thường của nhánh khổng lồ không có triệu chứng, nhưng chúng có một xung cộng hưởng điều khiển sự biến thiên lớn của chúng.?
Các ngôi sao Mira đặc biệt thú vị vì chúng có kích thước tương tự Mặt trời và chúng đang trải qua giai đoạn cuối của cùng một con đường tiến hóa mà tất cả các ngôi sao khối lượng một mặt trời, bao gồm cả Mặt trời, sẽ trải qua. Do đó, những ngôi sao này minh họa cho số phận của Mặt trời của chúng ta năm tỷ năm kể từ bây giờ. Nếu một ngôi sao như vậy, bao gồm cả lớp vỏ xung quanh của nó, nằm ở vị trí của Mặt trời trong hệ mặt trời của chúng ta, thì lớp vỏ hơi của nó sẽ vượt ra ngoài quỹ đạo của Sao Hỏa.
Mặc dù chúng có đường kính rất lớn (lên tới vài trăm bức xạ mặt trời), nhưng những ngôi sao khổng lồ màu đỏ trông giống như mắt người không nhìn thấy trên Trái đất và ngay cả những kính viễn vọng lớn nhất cũng không thể phân biệt được bề mặt của chúng. Thách thức này có thể được khắc phục bằng cách kết hợp các tín hiệu từ các kính thiên văn riêng biệt bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là giao thoa thiên văn cho phép nghiên cứu các chi tiết rất nhỏ trong môi trường xung quanh của các ngôi sao Mira. Cuối cùng, hình ảnh của các ngôi sao quan sát có thể được xây dựng lại.
Các ngôi sao Mira được đặt theo tên của vật thể đầu tiên được biết đến như vậy, Mira (hoặc Omicron Ceti). Một lời giải thích khả dĩ cho sự biến đổi đáng kể của chúng là một lượng lớn vật liệu, bao gồm cả bụi và phân tử, được tạo ra trong mỗi chu kỳ. Vật liệu này ngăn chặn phần lớn bức xạ của sao, cho đến khi vật liệu bị loãng do giãn nở. Do đó, môi trường gần gũi của các ngôi sao Mira rất phức tạp và các đặc điểm của vật thể trung tâm rất khó quan sát.
Để nghiên cứu môi trường gần gũi của những ngôi sao này, nhóm nghiên cứu do Perrin và Ridgway dẫn đầu đã tiến hành quan sát tại Mảng kính viễn vọng quang học hồng ngoại (IOTA) của Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian ở Arizona. IOTA là một giao thoa kế sao Michelson, với hai cánh tay tạo thành một mảng hình chữ L. Nó hoạt động với ba bộ sưu tập có thể được đặt tại các trạm khác nhau trên mỗi nhánh. Trong nghiên cứu hiện tại, các quan sát được thực hiện ở một số bước sóng sử dụng các khoảng cách của kính thiên văn khác nhau, từ 10 đến 38 mét.
Từ những quan sát này, nhóm nghiên cứu đã có thể tái tạo lại sự biến đổi của độ sáng của sao trên bề mặt của mỗi ngôi sao. Chi tiết xuống khoảng 10 milli-giây có thể được phát hiện. Để so sánh, ở khoảng cách của Mặt trăng, điều này sẽ tương ứng với việc nhìn thấy các đặc điểm có kích thước xuống tới 20 mét.
Các quan sát được thực hiện ở bước sóng gần hồng ngoại được đặc biệt quan tâm để nghiên cứu hơi nước và carbon monoxide. Vai trò của các phân tử này đã bị nhóm nghiên cứu nghi ngờ vài năm trước và được xác nhận độc lập bằng các quan sát với Đài quan sát không gian hồng ngoại. Các quan sát mới sử dụng IOTA chứng minh rõ ràng rằng các ngôi sao Mira được bao quanh bởi một lớp hơi nước phân tử và, trong ít nhất là một số trường hợp, carbon monoxide. Lớp này có nhiệt độ khoảng 2.000 K và kéo dài đến khoảng một bán kính sao trên mặt trời của sao, hoặc khoảng 50% đường kính quan sát được của các ngôi sao Mira trong mẫu.
Các nghiên cứu giao thoa kế trước đây về các ngôi sao Mira đã dẫn đến các ước tính về đường kính sao bị sai lệch bởi sự hiện diện của lớp phân tử, và do đó được đánh giá quá cao. Kết quả mới này cho thấy các ngôi sao Mira có kích thước chỉ bằng một nửa so với trước đây.
Các quan sát mới được trình bày bởi nhóm được diễn giải trong khuôn khổ của một mô hình thu hẹp khoảng cách giữa các quan sát và lý thuyết. Không gian giữa bề mặt của ngôi sao và lớp phân tử rất có thể chứa khí, giống như một bầu khí quyển, nhưng nó tương đối trong suốt ở các bước sóng quan sát được. Trong ánh sáng khả kiến, lớp phân tử khá mờ, tạo ấn tượng rằng nó là một bề mặt, nhưng trong tia hồng ngoại, nó mỏng và ngôi sao có thể nhìn xuyên qua nó.
Mô hình này là lần đầu tiên giải thích cấu trúc của các ngôi sao Mira qua một loạt các bước sóng quang phổ từ nhìn thấy đến hồng ngoại giữa và phù hợp với tính chất lý thuyết của xung của chúng. Tuy nhiên, sự hiện diện của lớp phân tử ở phía trên bề mặt sao vẫn còn hơi bí ẩn. Lớp quá cao và dày đặc để được hỗ trợ hoàn toàn bởi áp suất khí quyển. Các xung của ngôi sao có thể đóng vai trò tạo ra lớp phân tử, nhưng cơ chế vẫn chưa được hiểu rõ.
Vì các ngôi sao Mira đại diện cho giai đoạn tiến hóa muộn của các ngôi sao giống như Mặt trời, sẽ rất thú vị khi mô tả rõ hơn các quá trình xảy ra trong và xung quanh chúng, như một điềm báo về số phận mong đợi của Mặt trời trong tương lai xa. Các ngôi sao Mira đẩy một lượng lớn khí và bụi vào không gian, thường là khoảng một phần ba khối lượng Trái đất mỗi năm, do đó cung cấp hơn 75% các phân tử trong thiên hà. Carbon, nitơ, oxy và các nguyên tố khác mà chúng ta tạo ra hầu hết được tạo ra ở bên trong những ngôi sao như vậy (với các nguyên tố nặng hơn đến từ siêu tân tinh), và sau đó được đưa trở lại không gian thông qua sự mất mát hàng loạt này để trở thành một phần của các ngôi sao và hành tinh mới . Kỹ thuật giao thoa trưởng thành đang tiết lộ chi tiết về bầu khí quyển Mira, đưa các nhà khoa học đến gần để quan sát và hiểu được quá trình sản xuất và phóng ra các phân tử và bụi, khi những ngôi sao này thu thập lại nội dung của chúng ở quy mô thiên văn.
Bài báo về việc tiết lộ các ngôi sao Mira đằng sau các phân tử: Xác nhận mô hình lớp phân tử với giao thoa kế cận hồng ngoại dải hẹp ,? bởi Perrin và cộng sự, sẽ xuất hiện trong số phát hành sắp tới của tạp chí Astronomy & Astrophysics.
Nguồn gốc: Bản tin NOAO
