Pressemeddelelse

Hvor meget masse skal der til at lave et sort hul?

- astronomer udfordrer gældende teorier

18. august 2010

Ved at bruge ESO’s Very Large Telescope har europæiske astronomer for første gang vist, at en magnetar – en usædvanlig type neutronstjerne – er blevet dannet af en stjerne, der er mindst 40 gange tungere end Solen. Dette resultat er en stor udfordring for de gældende teorier om, hvordan stjerner udvikler sig. En så tung stjerne som denne skulle nemlig være blevet til et sort hul og ikke en magnetar. Det rejser nu et grundlæggende spørgsmål: hvor tung skal en stjerne egentlig være for at blive til et sort hul?

For at nå deres konklusioner, har astronomerne set nærmere på den ekstraordinære stjernehob Westerlund 1 [1], der ligger 16.000 lysår væk i det sydlige stjernebillede Ara (Alteret). Tidligere undersøgelser (eso0510) har vist, at Westerlund 1 er den nærmeste kendte superstjernehob. Den indeholder hundredvis af meget tunge stjerner, hvoraf nogle lyser næsten en million gange klarere end Solen og nogle har en diameter, som er to tusind gange større end Solens (lige så stor som Saturns bane).

”Hvis Solen blev placeret i hjertet af denne bemærkelsesværdige hob, ville vores nattehimmel være fuld af hundredvis af stjerner, der strålede lige så klart som fuldmånen,” siger Ben Richie, hovedforfatter på artiklen, der fortæller om disse resultater.

Westerlund 1 er en fantastisk stjerne-zoo med et mangfoldigt og eksotisk udvalg at stjerner. Stjernerne i hoben har én ting til fælles: de har alle den samme alder, der anslås til at være mellem 3,5 og 5 millioner år. Hoben blev nemlig dannet ved en enkelt episode af stjernedannelse.

En magnetar (eso0831) er en type neutronstjerne med et utrolig kraftigt magnetfelt – en million milliard gange kraftigere end Jordens. Magnetarer dannes når visse stjerner dør i en supernovaeksplosion. Westerlund 1-hoben er hjemsted for en af de få kendte magnetarer i Mælkevejen. Fordi den bor i hoben, har astronomerne kunnet drage den bemærkelsesværdige slutning, at denne magnetar må være blevet dannet af en stjerne, der er mindst 40 gange tungere end Solen.

Da alle stjernerne i Westerlund 1 er født samtidig, må stjernen, der eksploderede og efterlod en magnetar, have haft en kortere levetid end de overlevende stjerner i hoben. ”En stjernes levetid er direkte knyttet til dens masse – jo tungere en stjerne er, desto kortere er dens levetid. Hvis vi kan måle massen på en af de overlevende stjerner, så ved vi med sikkerhed, at stjernen med et kortere liv, der blev til magnetaren, må have været endnu tungere,” siger medforfatter og holdleder Simon Clark. ”Det er af stor betydning, da der ikke er nogen accepteret teori for, hvordan sådanne ekstremt magnetiske objekter bliver dannet.”

Astronomerne har derfor studeret stjernerne, der hører til det formørkelsesvariable dobbeltsystem W13 i Westerlund 1, ved at udnytte det forhold, at masserne i et sådant system kan bestemmes direkte ud fra stjernernes bevægelse.

Ved at sammenligne med disse stjerner har de fundet ud af, at stjernen, der er blevet til en magnetar må have været mindst 40 gange tungere end Solen. Dette viser for første gang, at magnetarer kan dannes af stjerner, der er så tunge, at vi normalt ville forvente, at de dannede sorte huller. Den tidligere antagelse var, at stjerner, der som udgangspunkt er mellem 10 og 25 gange tungere end Solen, vil danne neutronstjerner, mens stjerner med mere end 25 gange Solens masse vil producere sorte huller.

”Disse stjerner må slippe af med mere end ni-tiendedele af deres masse, før de eksploderer som en supernova, ellers vil de i stedet have skabt et sort hul,” siger medforfatter Ignacio Negueruela. ”Sådanne enorme vægttab før eksplosionen er en stor udfordring for de nuværende teorier om stjerners udvikling.”

”Det rejser derfor det prikne spørgsmål om, hvor tung en stjerne skal være for at kollapse og danne et sort hul, hvis stjerner, der er mere end 40 gange tungere end Solen, ikke kan klare den sag,” konkluderer medforfatter Norbert Langer.

Den dannelsesmekanisme, som astronomerne foretrækker, postulerer, at den stjerne, der er blevet til en magnetar – stamstjernen – blev født med en stjerneledsager. Efterhånden som begge stjerner udviklede sig, begyndte de at vekselvirke. Energi hentet fra deres banebevægelse blev brugt til at udslynge de nødvendige enorme mængder af masse fra stamstjernen. På nuværende tidspunkt kan en sådan ledsager dog ikke ses, der hvor magnetaren er. Det kan dog være fordi supernovaen, der dannede magnetaren, fik revet dobbeltstjernesystemet fra hinanden så begge stjerner blev slynget væk fra hoben ved høj hastighed.

”Hvis dette er tilfældet, peger det på, at dobbeltsystemer kan spille en nøglerolle i stjernernes udvikling ved at drive vægttabet – den ultimative kosmiske ’slankekur’ for tunge stjerner, som fjerner over 95 % af deres oprindelige masse,” slutter Clark.

Noter

[1] Den åbne hob Westerlund 1 blev opdaget i 1961 fra Australien af den svenske astronom Bengt Westerlund, som senere flyttede derfra for at blive ESO’s direktør i Chile (1970-1074). Denne hob ligger bag en enorm interstellar sky af gas og støv, der blokerer det meste af det synlige lys. Den dæmpende faktor er mere end 100.000, og det er derfor, at det har taget så lang tid at afdække denne særlige hobs sande natur.

Westerlund 1 er et enestående naturligt laboratorium til at studere ekstreme stjerners fysik og hjælper derved astronomerne med at finde ud af, hvordan de tungeste stjerner i Mælkevejen lever og dør. Ud fra deres observationer konkluderer astronomerne, at denne ekstreme hob sandsynligvis indeholder ikke mindre end 100.000 gange Solens masse, og alle dens stjerner ligger inden for et område, der er mindre end 6 lysår på tværs. Westerlund 1 ser således at være den tungeste kompakte unge hob, der indtil nu er fundet i Mælkevejen.

Alle stjerner, der hidtil er analyseret i Westerlund 1, er mindst 30-40 gange tungere end Solen. Da sådanne stjerner har en ret kort levetid – astronomisk set – må Westerlund 1 være meget ung. Astronomerne har bestemt dens alder til et sted mellem 3,5 og 5 millioner år. Så Westerlund 1 er helt klart en ”nyfødt” hob i vores galakse.

Mere information

Forskningen, der er præsenteret i denne ESO pressemeddelelse, vil snart udkomme i det videnskabelige tidsskrift Astronomy and Astrophysics (“A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: II. Dynamical constraints on magnetar progenitor masses from the eclipsing binary W13”, af B. Ritchie et al.). Det samme hold offentliggjorde det første studie af dette objekt i 2006 (“A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1”, af M.P. Muno et al., Astrophysical Journal, 636, L41).

Holdet består af Ben Ritchie og Simon Clark (The Open University, Storbritannien), Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Spanien) og Norbert Langer (Universität Bonn, Tyskland, og Universiteit Utrecht, Holland). 

For at studere stjernerne i Westerlund 1-hoben har astronomerne anvendt FLAMES-instrumentet på ESO’s Very Large Telescope, der står på Paranal i Chile.

ESO, det Europæiske Syd Observatorium, er den mest fremtrædende internationale astronomi-organisation i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. ESO har i dag følgende 14 medlemslande: Belgien, Danmark, Finland, Frankrig, Holland, Italien, Portugal, Schweiz og Storbritannien, Spanien, Sverige, Tjekkiet, Tyskland og Østrig. Flere lande har udtrykt interesse i medlemskab. ESO's aktiviteter er fokuseret på design, konstruktion og drift af jordbaserede observationsfaciliteter for astronomi for at muliggøre vigtige videnskabelige opdagelser. ESO spiller også en ledende rolle for at fremme og organisere samarbejdet inden for astronomisk forskning. I Chile driver ESO tre unikke observatorier i verdensklasse: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO Very Large Telescope (VLT), der er verdens mest avancerede astronomiske observatorium til observationer i synligt lys, og VISTA, som er verdens største kortlægningsteleskop. ESO er den europæiske partner i et revolutionerede astronomisk teleskop kaldet ALMA, det største igangværende astronomiske projekt. ESO planlægger i øjeblikket et 42 meter optisk/nær-infrarødt teleskop kaldet European Extremely Large Telescope (E-ELT), der vil blive "verdens største øje mod himlen". 

Links

• Videnskabelig artikel
• Mere information

Kontakter

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

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

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

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1034 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.