About 550 light-years from Earth, a star like our Sun is writhing in its death throes. Chi Cygni has swollen in size to become a red giant star so large that it would swallow every planet out to Mars in our solar system. Moreover, it has begun to pulse dramatically in and out, beating like a giant heart. New close-up photos of the surface of this distant star show its throbbing motions in unprecedented detail. "This work opens a window onto the fate of our Sun five billion years from now, when it will near the end of its life, " said lead author Sylvestre Lacour of the Observatoire de Paris.

As a sunlike star ages, it begins to run out of hydrogen fuel at its core. Like a car running out of gas, its "engine" begins to splutter. We see those splutterings as a brightening and dimming, caused by the star’s contraction and expansion. Stars at this life stage are known as Mira variables after the first such example, Mira "the Wonderful," discovered by David Fabricius in 1596. As it pulses, Chi Cygni is puffing off its outer layers, which in a few hundred thousand years will create a beautifully gleaming planetary nebula.

Figure 1 : L’étoile Mira Chi-Cygni, à diverses époques.

Chi Cygni pulses once every 408 days. At its smallest diameter of 300 million miles, it becomes mottled with brilliant spots as massive plumes of hot plasma roil its surface. (These spots are like the granules on our Sun’s surface, but much larger.) As it expands, Chi Cygni cools and dims, growing to a diameter of 480 million miles — large enough to engulf and cook our solar system’s asteroid belt. For the first time, astronomers have photographed these dramatic changes in detail. They reported their work in the December 10 issue of The Astrophysical Journal. "We have essentially created a stop-motion animation of a pulsating star using real images, " stated Lacour. "Our observations show that the pulsation is not only radial, but comes with inhomogeneities, like the giant hotspot that appeared at minimum radius." See the movie here

Imaging variable stars is extremely difficult, for two main reasons. The first reason is that such stars hide within a compact and dense shell of dust and molecules. To study the stellar surface within the shell, astronomers observe the stars at a specific wavelength of infrared light. Infrared allows astronomers to see through the shell of molecules and dust, like X-rays enable physicians to see bones within the human body.

The second reason is that these stars are very far away, and thus appear very small. Even though they are huge compared to the Sun, the distance makes them appear no larger than a small house on the moon. Traditional telescopes lack the proper resolution. Consequently, the team turned to a technique called interferometry, which involves combining the light coming from several telescopes to yield resolution equivalent to a telescope as large as the distance between them.

Figure 2 : Le télescope IOTA.

They used the Smithsonian Astrophysical Observatory’s Infrared Optical Telescope Array, or IOTA, which was located at Whipple Observatory on Mount Hopkins, Arizona. "IOTA offered unique capabilities," said co-author Marc Lacasse of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). "It provided us with images about 15 times sharper than the Hubble Space Telescope."

The team also acknowledged the usefulness of the many observations contributed annually by amateur astronomers worldwide, which were provided by the American Association of Variable Star Observers (AAVSO). In the forthcoming decade, the prospect of ultra-sharp imaging enabled by interferometry excites astronomers. Objects that, until now, appeared point-like are progressively revealing their true nature. Stellar surfaces, black hole accretion disks, and planet forming regions surrounding newborn stars all used to be understood primarily through models. Interferometry promises to reveal their true identities and, with them, some surprises.

Reference

S. Lacour, E. Thiébaut, G. Perrin, S. Meimon, X. Haubois, E. Pedretti, S. Ridgway, J.D. Monnier, J.P. Berger, P.A. Schuller, H. Woodruff, A. Poncelet, H. Le Coroller, R. Millan-Gabet, M. Lacasse, W. Traub : The Pulsation of Chi Cygni Imaged by Optical Interferometry ; a Novel Technique to Derive Distance and Mass of Mira Stars, Ap J.. in press

Contact

Sylvestre Lacour (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Guy Perrin (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Dernière modification le 4 mars 2013

A environ 550 années-lumière de la Terre, une étoile semblable au Soleil vit son agonie. Chi-Cygni a enflé pour devenir une étoile géante rouge, si grande qu’elle aurait avalé toute planète jusqu’à Mars dans notre système solaire. De plus, l’étoile a commencé à palpiter violemment, battant comme un coeur géant. Les nouvelles photos en gros plan de la surface de cette étoile montrent des détails sans précédent de cette pulsation. « Ce travail ouvre une fenêtre sur le destin de notre Soleil dans cinq milliards d’années, quand il finira sa vie, » dit Sylvestre Lacour de l’Observatoire De Paris.

Lorsqu’une étoile de type solaire vieillit, elle commence à manquer d’hydrogène dans son noyau. Comme une voiture manquant de carburant, son « moteur » commence à hoqueter. Nous voyons ces hoquets comme des fluctuations de lumière, provoquées par la contraction et l’expansion de l’étoile. Les étoiles dans cette étape de leur vie sont connues comme des variables Mira, d’après le premier exemple, Mira « la merveilleuse, » découverte par David Fabricius en 1596. Quand elle palpite, Chi-Cygni rejette ses couches externes qui, dans quelques centaines de milliers d’années, créeront une belle nébuleuse planétaire.

Figure 1 : L’étoile Mira Chi-Cygni, à diverses époques.

Chi-Cygni pulse tous les 408 jours. A son plus petit diamètre de 450 millions de km, elle se couvre de taches brillantes alors que des filaments de plasma chaud troublent sa surface. (Ces taches sont comme les granules sur la surface du Soleil, mais beaucoup plus grandes.) Pendant son expansion, Chi-Cygni se refroidit et s’obscurcit, jusqu’à un diamètre de 720 millions de km — assez pour engloutir et faire cuire la ceinture d’astéroïdes du système solaire.

Pour la première fois, les astronomes ont photographié ces changements spectaculaires en détail. « Nous avons créé l’animation des pulsations d’une étoile en utilisant de vraies images, » explique Lacour. « Nos observations prouvent que la pulsation est non seulement radiale, mais s’accompagne d’inhomogénéités, comme le point névralgique géant qui est apparu au rayon minimum. »

Voir l’animation ici

Les étoiles variables sont extrêmement difficiles à imager, pour deux raisons principales. La première est que ces étoiles se cachent dans une coquille compacte et dense de poussière et de molécules. Pour étudier la surface de l’étoile dans la coquille, les astronomes les observent en lumière infrarouge. L’infrarouge permet de voir à travers la coquille, comme des rayons X permettent à des médecins de voir les os dans le corps humain.

La deuxième raison est que ces étoiles sont très lointaines, et apparaissent ainsi très petites. Bien qu’elles soient énormes comparées au Soleil, la distance les réduit à la taille d’une petite maison sur la Lune. Les télescopes traditionnels manquent de résolution. En conséquence, l’équipe a utilisé l’interférométrie, qui consiste à combiner la lumière venant de plusieurs télescopes pour obtenir la résolution équivalente à un télescope aussi grand que la distance entre eux.

Figure 2 : Le télescope IOTA.

Ils ont utilisé l’interféromètre infrarouge de l’observatoire astrophysique de Smithsonian, ou l’IOTA, qui est situé à l’observatoire de Whipple sur le Mont Hopkins, en Arizona. « IOTA offre des possibilités uniques, » dit le co-auteur Marc Lacasse du centre de Harvard-Smithsonian pour l’astrophysique (CfA). « Il nous a fourni des images environ 15 fois plus pointues que le télescope spatial Hubble. »

L’équipe a également utilisé les nombreuses observations faites tous les ans par les astronomes amateurs dans le monde entier, fournies par l’association américaine des observateurs d’étoiles variables (AAVSO).

L’utilisation de l’interférométrie astronomique dans les prochaines décennies va changer la perception que nous avons de bien des astres. Les objets qui jusqu’ici, apparaissaient comme des sources ponctuelles, vont progressivement révéler leur vraie nature. Les surfaces d’étoiles, les disques d’accrétion autour des trous noirs, et les disques protoplanétaires autour des étoiles jeunes, tous étaient compris uniquement par des modèles. Nous pourrons enfin les voir. Ce qui, certainement, n’ira pas sans quelques surprises.

Référence

S. Lacour, E. Thiébaut, G. Perrin, S. Meimon, X. Haubois, E. Pedretti, S. Ridgway, J.D. Monnier, J.P. Berger, P.A. Schuller, H. Woodruff, A. Poncelet, H. Le Coroller, R. Millan-Gabet, M. Lacasse, W. Traub : The Pulsation of Chi Cygni Imaged by Optical Interferometry ; a Novel Technique to Derive Distance and Mass of Mira Stars, Ap J.. in press

Contact

Sylvestre Lacour (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Guy Perrin (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Dernière modification le 22 février 2013