eso1034no — Pressemelding

Hvor mye masse trengs for å lage et sort hull?

Nye observasjoner utfordrer gjeldende teorier

18 August 2010

Ved å bruke ESOs Very Large Telescope har europeiske astronomer for første gang vist at en magnetar – en uvanlig type nøytronstjerne – ble dannet fra en stjerne med minst 40 ganger større masse enn Sola. Studien utfordrer dagens gjeldende teorier for hvordan stjerner utvikler seg, ettersom så massive stjerner antas å ende som sorte hull, ikke magnetarer. Dette tvinger fram et grunnleggende spørsmål: Hvor massiv må en stjerne virkelig være for å ende opp som et sort hull?

Astronomene bak oppdagelsen gjorde detaljerte undersøkelser av den spesielle stjernehopen Westerlund 1[1], som befinner seg 16 000 lysår unna i stjernebildet Alteret på den sørlige himmelhalvkule. Fra tidligere studier (eso0510) visste astronomene at Westerlund 1 var den nærmeste superstjernehop man kjente til. Den inneholder hundrevis av svært massive stjerner – noen nesten en million ganger mer lyssterk enn Sola og enkelte med en diameter to tusen ganger større enn Solas (like stor som banen til Saturn).

"Hvis Jorda ble plassert i hjertet av denne bemerkelsesverdige hopen, ville natthimmelen være fylt av hundrevis av stjerner like lyssterke som fullmånen," sier Ben Ritchie, hovedforfatteren av forskningsartikkelen.

Westerlund 1 er en fantastisk stjernezoo, med en variert og eksotisk populasjon av stjerner. Stjernene i hopen har en ting felles: De har alle samme alder, beregnet til mellom 3,5 og 5 millioner år, fordi de ble dannet samtidig av en og samme gass- og støvsky.

En magnetar (eso0831) er en type nøytronstjerne med et utrolig sterkt magnetfelt. Magnetfeltet er en million milliarder ganger sterkere enn Jordas og dannes når visse stjerner går til grunne i supernovaeksplosjoner. Hopen Westerlund 1 inneholder en av få kjente magnetarer i Melkeveien. Siden magnetaren er del av stjernehopen, kunne astronomene trekke en overraskende slutning: Den må ha blitt dannet fra en stjerne minst 40 ganger mer massiv enn Sola.

Ettersom alle stjernene i Westerlund 1 er like gamle, må stjernen som eksploderte og etterlot magnetaren ha hatt et kortere livsløp enn de overlevende stjernene i hopen. "En stjernes levetid henger direkte sammen med dens masse – jo mer massiv en stjerne er, desto kortere lever den. Hvis vi kan måle massen til en av de overlevende stjernene i hopen, vet vi med sikkerhet at stjernen som endte som en magnetar, må ha vært enda mer massiv," sier medforfatter og teamleder Simon Clark. "Dette er helt avgjørende, siden det ikke finnes noen akseptert teori for hvordan slike ekstremt magnetiske objekter blir dannet."

Astronomene studerte derfor de to medlemmene som tilhører den formørkelsesvariable dobbeltstjernen W13 i Westerlund 1. I slike systemer kan nemlig stjernenes masse utledes direkte fra stjernenes bevegelser.

Når stjernen som ble en magnetar ble sammenlignet med overnevnte to stjerner, kom forskerne fram til at massen måtte ha vært minst 40 ganger større enn Solas. Dette beviser for første gang at magnetarer kan stamme fra stjerner som er så massive at vi normalt sett ville forventet at de skulle ende som sorte hull. Den tidligere antagelsen sa at stjerner med en opprinnelig masse på mellom ca. 10 og 25 solmasser ville danne nøytronstjerner, og at de med mer enn 25 solmasser ville produsere sorte hull.

"Disse stjernene må altså kvitte seg med mer enn 90 prosent av massen sin før de eksploderer som supernovaer, for ellers ville de ha dannet et sort hull i stedet," sier medforfatter Ignacio Negueruela. "Slike enorme massetap før supernovaeksplosjonen er vanskelige å innpasse i dagens gjeldende teorier for stjerneutvikling."

"Dette tvinger fram et vrient spørsmål: Hvor massiv må en stjerne være for å ende som et sort hull hvis stjerner på over 40 solmasser ikke klarer det?" bemerker medforfatter Norbert Langer.

Dannelsesmekanismen som astronomene legger til grunn, går ut på at stjernen som ble en magnetar – altså selve forløperen – ble født med en stjernekompanjong. Etter hvert som begge stjernene utviklet seg, ville de begynne å vekselvirke. I prosessen ville energien knyttet til deres banebevegelse bli brukt til å kaste vekk de nødvendige mengder masse fra forløperen. En kompanjong er så langt ikke funnet i området rundt magnetaren, men det kan skyldes at supernovaen som skapte magnetaren, skilte dobbeltstjernen og kastet begge stjernene ut av hopen med stor hastighet.

"Hvis dette er tilfelle, tyder det på at dobbeltstjernesystemer kan spille en avgjørende rolle for stjernenes utvikling ved å forårsake store massetap – den ultimate kosmiske 'slankekur' for tungvektsstjerner, som kan miste mer enn 95 prosent av fødselsvekten," avslutter Clark.

Fotnoter

[1] Oppdagelsen av den åpne stjernehopen Westerlund 1 ble gjort fra Australia i 1961 av den svenske astronomen Bengt Westerlund, som senere flyttet til Chile og ble direktør i ESO (1970–74). Hopen befinner seg bakenfor en enorm interstellar gass- og støvsky, som blokkerer for mesteparten av strålingen på synlige bølgelengder. Lyset svekkes mer enn en faktor 100 000, og dette er grunnen til at det har tatt så lang tid å avdekke denne stjernehopens sanne natur.

Westerlund 1 er et unikt laboratorium for å studere den ekstreme fysikken i stjernene, og den hjelper astronomene å forstå hvordan de mest massive stjernene i Melkeveien lever og dør. Ut fra de nye observasjonene kan astronomene slutte at denne ekstreme stjernehopen sannsynligvis inneholder minst 100 000 ganger mer masse enn Sola, og at alle stjernene er samlet innenfor et område som måler under 6 lysår i diameter. Westerlund 1 ser derfor ut til å være den mest massive kompakte unge stjernehop som hittil er funnet i Melkeveigalaksen vår.

Alle stjernene som er undersøkt så langt i Westerlund 1, har minst 30–40 ganger større masse enn vår egen sol. Fordi slike stjerner har temmelig korte liv – i astronomisk målestokk – må Westerlund 1 være svært ung. Astronomene har beregnet alderen til mellom 3,5 og 5 millioner år. I vår galakse regnes derfor Westerlund 1 som en "nyfødt" stjernehop.

Mer informasjon

Denne studien presenteres i en forskningsartikkel i journalen Astronomy & Astrophysics ("A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: II. Dynamical constraints on magnetar progenitor masses from the eclipsing binary W13" av B. Ritchie et al.). Den samme forskergruppen publiserte en foreløpig studie av dette objektet i 2006 ("A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1" av M.P. Muno et al., Astrophysical Journal, 636, L41).

Forskerteamet består av Ben Ritchie og Simon Clark (The Open University, Storbritannia), Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Spania), og Norbert Langer (Universität Bonn, Tyskland, og Universiteit Utrecht, Nederland).

Astronomene anvendte FLAMES-instrumentet på ESOs Very Large Telescope ved Paranal-observatoriet i Chile for å studere stjernene i hopen Westerlund 1.

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 14 land: Belgia, Danmark, England, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Portugal, Spania, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike. ESO har en ambisiøs dagsorden med fokus på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg, der hovedmålet er å gjøre viktige vitenskapelige oppdagelser. ESO har også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO bygget Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og VISTA, verdens største kartleggingsteleskop. ESO er den europeiske partner i et revolusjonerende teleskop kalt ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. ESO planlegger for tiden et såkalt ekstremt stort optisk/nær-infrarødt teleskop som har fått betegnelsen E-ELT: European Extremely Large Telescope. Med en speildiameter på 42 meter vil dette bli det største "øye" i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
Tlf.: +47 99 59 88 00
E-post: ajaunsen (at) astro.uio.no

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: j.e.ovaldsen (at) astro.uio.no

Simon Clark
The Open University
UK
Tlf.: +44 207 679 4372
E-post: jsc@star.ucl.ac.uk

Ignacio Negueruela
Universidad de Alicante
Alicante, Spain
Tlf.: +34 965 903400 ext 1152
E-post: ignacio.negueruela@ua.es

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal and E-ELT Press Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
E-post: rhook@eso.org

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1034 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO. Norske kontakter er Jan-Erik Ovaldsen og Andreas O. Jaunsen. Pressemeldingen er oversatt av JEO.
Bookmark and Share

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1034no
Facility:Very Large Telescope
Science data:2010A&A...520A..48R

Bilder

Artist’s impression of the magnetar in the extraordinary star cluster Westerlund 1
Artist’s impression of the magnetar in the extraordinary star cluster Westerlund 1
kun på engelsk
Wide Field Imager image of Westerlund 1 (annotated)
Wide Field Imager image of Westerlund 1 (annotated)
kun på engelsk
Stjernehopen Westerlund 1
Stjernehopen Westerlund 1

Videoer

Fly gjennom den unge stjernehopen Westerlund 1 (kunstnerisk framstilling)
Fly gjennom den unge stjernehopen Westerlund 1 (kunstnerisk framstilling)

Se også