Pressemeddelelse

De klareste stjerner lever ikke alene

VLT viser, at de fleste sværvægtsstjerner lever i vekselvirkende par

26. juli 2012

En ny undersøgelse med ESOs Very Large Telescope (VLT) viser, at de fleste lysstærke, tunge stjerner, der driver galaksers udvikling, ikke lever alene. Næsten tre-fjerdedele af disse stjerner har en ledsagerstjerne, der kredser tæt på. Det er langt flere end hidtil antaget. Overraskende nok har de fleste af disse par gensidige vekselvirkninger som overførsel af materiale fra den ene stjerne til den anden og omkring en tredjedel forventes i sidste ende at smelte sammen til en enkelt stjerne. Disse resultater offentliggøres den 27. juli 2012 i tidsskriftet Science.

Universet er et mangeartet sted og mange stjerner er ret forskellige fra Solen. En international gruppe har anvendt VLT til at studere såkaldte O-type-stjerner, der har en meget høj temperatur, er meget tunge og meget lysstærke [1]. Disse stjerner har korte og voldsomme livsforløb og spiller en nøglerolle i galaksers udvikling. De er også forbundet med ekstreme fænomener som ”vampyrstjerner”, hvor en mindre ledsagerstjerne suger materiale væk fra overfladen af sin større nabo samt gammaglimt.

”Disse stjerner er absolutte kæmper,” siger Hugues Sana (University of Amsterdam, Holland), hovedforfatteren på artiklen. ”De har en masse, der er 15 gange større end Solens eller mere og kan være op til en million gange mere lysstærke. Disse stjerner er så varme, at de skinner med et klart blåhvidt lys og har en overfladetemperatur på mere end 30.000 grader Celsius.”

Astronomerne har studeret 71 O-type enkeltstjerner og stjerner i par (dobbeltstjerner) i seks nærtliggende unge stjernehobe i Mælkevejen. De fleste observationer i dette studie blev lavet med ESO-teleskoper herunder VLT.

Ved at analysere lyset fra disse mål [2] i større detalje end hidtil har holdet opdaget, at 75 % af alle O-type-stjerner findes i dobbeltsystemer, en større andel end hidtil antaget og den første nøjagtige bestemmelse af dette tal. Mere vigtigt er det dog, at holdet har fundet ud af, at andelen af disse par, der er tætte nok til at stjernerne kan vekselvirke (gennem sammensmeltning af stjerner eller ved overførsel af materiale ved såkaldte vampyrstjerner) er langt større end nogen havde forestillet sig. Det har afgørende betydning for vores forståelse af galakseudvikling.

O-type-stjerner udgør kun en brøkdel af en procent af stjerner i Universet, men de voldsomme fænomener, der er forbundet med dem, betyder en uforholdsmæssig stor effekt på deres omgivelser. Vindene og chokbølgerne, der kommer fra disse stjerner, kan både udløse og stoppe stjernedannelse og deres stråling driver klare stjernetågers glød. Deres supernovaer beriger galakser med de tunge grundstoffer, der er nødvendige for liv, og de er knyttet til gammaglimt, der er blandt de mest energirige fænomener i Universet. O-type-stjerner er derfor involverede i mange af de mekanismer, der driver udviklingen af galakser.

”Det spiller en stor rolle for en stjernes liv, hvis den lever sammen med en anden stjerne,” siger Selma de Mink (Space Telescope Science Institute, USA), der er medforfatter på artiklen. ”Hvis to stjerner kredser meget tæt på hinanden, kan de ende med at smelte sammen. Men selv hvis de ikke gør, vil den ene stjerne trække materiale væk fra dens nabos overflade.”

Sammensmeltningen af stjerner, som holdet vurderer, vil være den ultimative skæbne for 20-30 % af O-type-stjernerne, er voldsomme begivenheder. Men selv det i sammenligning skånsomme vampyrstjerne-scenario, som står for 40-50 % af tilfældene, har en afgørende virkning på hvordan disse stjerner udvikler sig.

Indtil nu har astronomer overvejende antaget, at tunge dobbeltstjerner i tæt kredsløb om hinanden var en undtagelse, der kun var nødvendig for at forklare eksotiske fænomener som røntgen-dobbeltstjerner, dobbeltpulsarer og dobbelte sorte huller. Den nye undersøgelse viser, at for at fortolke Universet korrekt er denne forenkling ikke mulig: disse sværvægts-dobbeltstjerner er ikke bare almindelige, deres liv er også grundlæggende forskellige fra enkeltstjerners.

For eksempel, for vampyrstjerners vedkommende, bliver den mindre, lettere stjerne forynget, når den suger frisk brint fra sin ledsager. Dens masse vil vokse betydeligt, og den vil leve længere end sin ledsager og blive meget ældre end en enkeltstjerne med samme masse ville blive. Offer-stjernen derimod får stjålet sin ydre gasboble inden den har mulighed for at blive en lysstærk rød superkæmpe. I stedet bliver dens varme, blå kerne blottet. Resultatet kan blive, at stjernerne i en fjern galakse kan se ud til at være meget yngre, end de virkelig er: både de foryngede vampyrstjerner og de skrumpede offer-stjerner bliver varmere og får derfor en mere blå farve, der efterligner yngre stjerners udseende. Kendskab til den rigtige andel af tunge dobbeltstjerner er derfor afgørende for at karakterisere disse fjerne galakser korrekt [3].

”Den eneste information astronomer har om fjerne galakser kommer fra det lys, der når vores teleskoper. Uden at gøre antagelser om hvad der er ansvarligt for dette lys, kan vi ikke drage konklusioner om en galakse, såsom hvor tung og gammel den er. Denne undersøgelse viser, at den hyppige antagelse om, at de fleste stjerner er enkeltstjerner, kan føre til de forkerte konklusioner,” siger Hugues Sana afslutningsvis.

Det vil kræve mere arbejde at forstå hvor store disse effekter er og hvor meget dette nye perspektiv vil ændre vores syn på galakseudvikling. Det er kompliceret at lave teoretiske modeller af dobbeltstjerner, så det vil tage nogen tid inden alle disse overvejelser er inkluderet i modeller for dannelsen af galakser.

Noter

[1] De fleste stjerner klassificeres i forhold til deres spektraltype eller farve. Den står så i forhold til stjernernes masse og overfladetemperatur. Fra de mest blå (og dermed varmeste og tungeste) til de rødeste (og dermed koldeste og letteste) er den mest almindelige klassifikations-sekvens O, B, A, F, G, K og M. O-type-stjerner har en overfladetemperatur på omkring 30.000 grader Celsius eller mere og fremstår med en klar lyseblå farve. De har en masse på 15 gange Solens eller mere.

[2] De to stjerner i et dobbeltstjernesystem befinder sig normalt får tæt på hinanden til at kunne ses direkte som to adskilte lyspunkter. Holdet var imidlertid i stand til at registrere deres dobbeltnatur ved at bruge VLTs Ultraviolet and Visible Echelle Spectrograph (UVES). Spektrografer breder en stjernes lys ud på samme måde som et prisme bryder sollyset op i en regnbue. Stjernelyset indeholder fine, stregkodeagtige mønstre skabt af grundstofferne i stjernernes atmosfærer, der dæmper bestemte farver i lyset. Når astronomer observerer enkeltstjerner ligger disse såkaldte absorptionslinier helt fast, men for dobbeltstjerner er linierne for de to stjerner en smule forskudt i forhold til hinanden pga. stjernernes bevægelse. Forskydningen mellem linierne og den måde de flytter sig over tid gør det muligt for astronomerne at bestemme stjernernes bevægelse og dermed deres baneforhold, herunder om de kredser tæt nok på hinanden til at udveksle materiale eller endda smelte sammen.

[3] Eksistensen af dette store antal vampyrstjerner stemmer godt overens med et tidligere uforklaret fænomen. Omkring en tredjedel af stjerner, der eksploderer som supernovaer, har vist sig at indeholde overraskende lidt brint. Andelen af brintfattige supernovaer svarer imidlertid nøje til andelen af vampyrstjerner fundet i denne undersøgelse. Vampyrstjerner antages at gøre deres ofre til brintfattige supernovaer, idet de brintrige, ydre lag er blevet revet væk af vampyrstjernens tyngdekraft inden offeret har mulighed for at eksplodere som en supernova.

Mere information

Denne forskning præsenteres i artiklen ”Binary interaction dominates the evolution of massive stars” af H. Sana m.fl., der offentliggøres i tidsskriftet Science den 27. juli 2012.

Holdet består af H. Sana (Amsterdam University, Holland), S.E. de Mink (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA; Johns Hopkins University, Baltimore, USA), A. de Koter (Amsterdam University; Utrecht University, Holland), N. Langer (University of Bonn, Tyskland), C.J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, Storbritannien), M. Gieles (University of Cambridge, Storbritannien), E. Gosset (Liege University, Belgien), R.G. Izzard (University of Bonn), J.-B. Le Bouquin (Université Joseph Fourier, Grenoble, Frankrig) and F.R.N. Schneider (University of Bonn).

I år 2012 er der 50-års jubilæum for grundlæggelsen af det Europæiske Syd Observatorium (ESO). ESO er den mest fremtrædende internationale astronomi-organisation i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. ESO har i dag følgende 15 medlemslande: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrig, Holland, Italien, Portugal, Schweiz og Storbritannien, Spanien, Sverige, Tjekkiet, Tyskland og Østrig. ESOs aktiviteter er fokuseret på design, konstruktion og drift af jordbaserede observationsfaciliteter for at muliggøre vigtige videnskabelige opdagelser inden for astronomi. 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 samt to kortlægningsteleskoper. VISTA arbejder i infrarødt lys og er verdens største kortlægningsteleskop, mens VLT Survey Telescope (VST) er det største teleskop, der udelukkende er bygget til at kortlægge himlen i synligt lys. ESO er den europæiske partner i et revolutionerede astronomisk teleskop kaldet ALMA, det største igangværende astronomiske projekt. ESO planlægger i øjeblikket et 40 meter optisk/nær-infrarødt teleskop kaldet European Extremely Large Telescope (E-ELT), der vil blive ”verdens største øje mod himlen”.

Links

• Billeder af VLT

Kontakter

Hugues Sana
Astronomical Institute “Anton Pannekoek”, Amsterdam University
Amsterdam, The Netherlands
Tel: +31 20 525 8496
Mobil: +31 6 83 200 917
E-mail: h.sana@uva.nl

Selma de Mink
Space Telescope Science Institute
Baltimore, USA
Tel: +1 410 338 4304
Mobil: +1 443 255 3793
E-mail: demink@stsci.edu

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
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 eso1230 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.