Sebuah tim astronom baru-baru ini menggunakan Array Inframerah-Optik Arizona (IOTA) dari tiga teleskop yang terhubung untuk mengintip 4 miliar tahun ke depan, ketika Matahari kita membesar menjadi bintang raksasa merah. Mereka mengamati beberapa bintang raksasa merah - nasib akhirnya Matahari kita - dan menemukan permukaan mereka berbintik-bintik dan bervariasi, ditutupi dengan bintik matahari yang sangat besar.
Ketika para astronom semakin menghubungkan dua teleskop sebagai interferometer untuk mengungkap lebih jauh bintang-bintang yang jauh, seorang astronom Keck Observatory menunjukkan kekuatan menghubungkan tiga atau bahkan lebih banyak teleskop secara bersamaan.
Astronom Sam Ragland menggunakan Arizona's Infrared-Optical Telescope Array (IOTA) dari tiga teleskop terkait untuk memperoleh detail yang belum pernah terjadi sebelumnya dari bintang-bintang raksasa merah tua yang mewakili nasib Matahari pada akhirnya.
Anehnya, ia menemukan bahwa hampir sepertiga dari raksasa merah yang disurvei tidak secara merata cerah di wajah mereka, tetapi tambal sulam, mungkin menunjukkan bintik-bintik besar atau awan yang analog dengan bintik matahari, gelombang kejut yang dihasilkan oleh amplop yang berdenyut, atau bahkan planet.
"Keyakinan khas adalah bahwa bintang harus bola gas simetris," kata Ragland, spesialis interferometer. "Tapi 30 persen dari raksasa merah ini menunjukkan asimetri, yang memiliki implikasi pada tahap terakhir evolusi bintang, ketika bintang seperti Matahari berevolusi menjadi nebula planet."
Hasil yang diperoleh oleh Ragland dan rekan-rekannya juga membuktikan kelayakan menghubungkan trio - atau bahkan kwintet atau sextet - dari teleskop inframerah untuk mendapatkan gambar dengan resolusi lebih tinggi dalam inframerah dekat daripada yang mungkin dilakukan sebelumnya.
"Dengan lebih dari dua teleskop, Anda dapat menjelajahi jenis ilmu yang sama sekali berbeda dari yang dapat dilakukan dengan dua teleskop," katanya.
"Ini adalah langkah besar untuk beralih dari dua teleskop menjadi tiga," tambah ahli teori Lee Anne Willson, rekan penulis penelitian dan seorang profesor fisika dan astronomi di Iowa State University di Ames. "Dengan tiga teleskop, Anda dapat mengetahui tidak hanya seberapa besar bintang itu, tetapi apakah itu simetris atau asimetris. Dengan lebih banyak teleskop, Anda dapat mulai mengubahnya menjadi gambar. "
Ragland, Willson dan rekan-rekan mereka di lembaga-lembaga di Amerika Serikat dan Prancis, termasuk NASA, melaporkan pengamatan dan kesimpulan mereka dalam sebuah makalah yang baru-baru ini diterima oleh The Astrophysical Journal.
Ironisnya, susunan teleskop IOTA, dioperasikan bersama di Mt. Hopkins oleh Observatorium Astrofisika Smithsonian, Universitas Harvard, Universitas Massachusetts, Universitas Wyoming, dan Laboratorium Lincoln Institut Teknologi Massachusetts, ditutup pada 1 Juli untuk menghemat uang. Interferometer dua-teleskop awal online pada tahun 1993, dan penambahan teleskop 45-sentimeter ketiga pada tahun 2000 menciptakan trio interferometer optik dan infra merah pertama.
Direktur IOTA, Wesley A. Traub, sebelumnya dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) dan sekarang di Jet Propulsion Laboratory, menawarkan Ragland dan rekan-rekannya kesempatan untuk menggunakan array untuk menguji batas multi-teleskop interferometri, dan mungkin pelajari sesuatu tentang nasib terakhir Matahari.
Interferometer menggabungkan cahaya dari dua atau lebih teleskop untuk melihat lebih detail, mensimulasikan resolusi teleskop sebesar jarak antar teleskop. Sementara astronom radio telah menggunakan array selama bertahun-tahun untuk mensimulasikan teleskop yang jauh lebih besar, mereka memiliki keunggulan panjang gelombang yang relatif panjang - meter atau sentimeter - yang membuatnya lebih mudah untuk mendeteksi perbedaan panjang gelombang fraksional antara waktu kedatangan cahaya di teleskop yang terpisah. Melakukan interferometri dalam inframerah dekat - pada panjang gelombang 1,65 mikron, atau sekitar seperseratus milimeter, seperti yang dilakukan Ragland - jauh lebih sulit karena panjang gelombangnya hampir sepersejuta gelombang radio.
"Pada panjang gelombang pendek, stabilitas instrumen adalah kendala utama," kata Ragland. "Bahkan getaran akan benar-benar menghancurkan pengukuran."
Para astronom juga menggunakan teknologi baru untuk menggabungkan cahaya dari tiga teleskop IOTA: sebuah chip solid-state selebar setengah inci, yang disebut integrated-optical beam-combiner (IONIC), yang dikembangkan di Prancis. Ini kontras dengan interferometer khas, yang terdiri dari banyak cermin untuk mengarahkan cahaya dari banyak teleskop ke detektor umum.
Fokus utama Ragland adalah bintang bermassa rendah hingga sedang - mulai dari tiga perempat massa Matahari hingga tiga kali massa Matahari - ketika mereka mendekati akhir hidup mereka. Ini adalah bintang yang membengkak menjadi raksasa merah beberapa miliar tahun sebelumnya, ketika mereka mulai membakar helium yang terakumulasi selama pembakaran hidrogen seumur hidup. Namun, pada akhirnya, bintang-bintang ini terdiri dari inti karbon dan oksigen yang padat dikelilingi oleh cangkang tempat hidrogen diubah menjadi helium, dan kemudian helium menjadi karbon dan oksigen. Di sebagian besar bintang-bintang ini, hidrogen dan helium berganti sebagai bahan bakar, menyebabkan kecerahan bintang bervariasi selama periode 100.000 tahun karena perubahan bahan bakar. Dalam banyak kasus, bintang-bintang menghabiskan 200.000 tahun terakhir mereka sebagai variabel Mira - jenis bintang yang cahayanya bervariasi secara teratur dalam kecerahan selama periode 80 hingga 1000 hari. Mereka dinamai bintang prototipe di konstelasi Cetus yang dikenal sebagai Mira.
"Salah satu alasan saya tertarik pada hal ini adalah bahwa Matahari kita akan mengambil jalan ini di beberapa titik, 4 miliar tahun dari sekarang," kata Ragland.
Selama periode ini bahwa bintang-bintang ini mulai meniup lapisan luar mereka dalam "superwind," yang pada akhirnya akan meninggalkan kerdil putih di pusat nebula planet yang mengembang. Willson memodelkan mekanisme di mana bintang-bintang tahap akhir ini kehilangan massa, terutama melalui angin bintang yang kuat.
Selama masa-masa yang memudar ini, bintang-bintang juga berdenyut dalam urutan berbulan-bulan hingga bertahun-tahun, ketika lapisan terluar bersendawa seperti katup pelepas, kata Willson. Banyak dari yang disebut bintang cabang raksasa asimptotik ini adalah variabel Mira, yang bervariasi secara teratur ketika molekul membentuk dan menciptakan kepompong yang tembus cahaya atau hampir buram di sekitar bagian bintang waktu itu. Sementara beberapa bintang-bintang ini telah terbukti non-bundar, setiap fitur asimetris, seperti kecerahan merata, tidak mungkin untuk dideteksi dengan interferometer dua-teleskop, kata Ragland.
Ragland dan rekan-rekannya mengamati dengan IOTA total 35 variabel Mira, 18 variabel semi-reguler, dan 3 variabel tidak beraturan, semuanya dalam waktu sekitar 1.300 tahun cahaya Bumi, di Galaksi Bima Sakti kita. Dua belas variabel Mira terbukti memiliki kecerahan asimetris, sementara hanya tiga dari semi-reguler dan satu dari irreguler menunjukkan tambalan ini.
Penyebab kecerahan tidak merata ini tidak jelas, kata Ragland. Pemodelan oleh Willson telah menunjukkan bahwa seorang teman, seperti planet dalam orbit yang mirip dengan orbit Jupiter dalam sistem kita sendiri, dapat menghasilkan gelombang angin bintang yang akan muncul sebagai asimetri. Bahkan planet mirip Bumi yang lebih dekat dapat menghasilkan gelombang yang dapat dideteksi jika angin bintang cukup kuat, meskipun sebuah planet yang terlalu dekat dengan selubung yang diperluas dengan cepat akan terseret ke dalam dan diuapkan oleh bintang.
Atau, sejumlah besar bahan yang dikeluarkan dari bintang dapat mengembun menjadi awan yang menghalangi sebagian atau seluruh cahaya dari bagian bintang.
Apa pun penyebabnya, kata Willson, “ini memberi tahu kita bahwa anggapan bahwa bintang-bintang terang seragam itu salah. Kita mungkin perlu mengembangkan generasi baru model tiga dimensi. ”
"Studi ini, yang terbesar dari kelas bintang tipe akhir ini, adalah yang pertama menunjukkan tingkat di mana bintang tipe akhir, terutama variabel Mira dan bintang karbon, menunjukkan efek titik panas dan dingin," kata rekan penulis. William Danchi dari NASA Goddard Space Flight Center. "Ini memiliki implikasi untuk bagaimana kita menafsirkan pengamatan ketika kita menggunakan interferometer inframerah untuk mencari planet di sekitar raksasa merah."
Penulis Ragland adalah Traub; Jean-Pierre Berger, P. Kern dan F. Malbet dari Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG) di Prancis; Danchi; J. D. Monnier dan E. Pedretti dari University of Michigan, Ann Arbor; Willson; N. P. Carleton, M. G. Lacasse dan M. Pearlman dari CfA; R. Millan-Gabet dari Institut Teknologi California; F. Schloerb, M. Brewer, K. Perraut, K. Souccar dan G. Wallace dari Universitas Massachusetts, Amherst; W. Cotton dari Observatorium Astronomi Radio Nasional di Virginia; Charles H. Townes dari University of California, Berkeley; P. Haguenauer dari ALCATEL Space Industries of Cannes, Prancis; dan P. Labeye dari Laboratoire d'Electronique de Technologie de l'Information (LETI) di Grenoble, yang merupakan bagian dari Komisi Energi Atom Prancis (CEA). Chip IONIC dikembangkan bersama oleh LAOG, Institut de Microà © lectronique, à ‰ lectromagnà © tisme et Photonique (IMEP) dan LETI.
Pekerjaan ini didukung oleh NASA melalui Michelson Postdoctoral Fellowship dan oleh National Science Foundation.
W. M. Keck Observatory dioperasikan sebagai kemitraan ilmiah antara California Institute of Technology, University of California, dan NASA. Observatorium ini dimungkinkan oleh dukungan keuangan yang murah hati dari W. Keck Foundation.
Sumber Asli: Keck News Release
