Pressmeddelande

De starkaste stjärnorna lever inte ensamma

VLT upptäcker att de flesta stjärntungviktare finns i växelverkande par

26 juli 2012

En ny studie med ESO:s jätteteleskop VLT visar att de flesta ljusstarka och tunga stjärnorna inte lever ensamma. Nästan tre fjärdedelar av sådana stjärnor, som spelar en nyckelroll i galaxers utveckling, har en nära följeslagare. Det är mycket vanligare än vad man tidigare trott. De flesta av dessa dubbelstjärnor växelverkar dessutom med varandra, som att material flyttas över från en stjärna till den andra. Ännu en överraskning är att så många som en tredjedel av stjärnparen väntas slutligen att smälta samman till en stjärna. Resultaten publiceras i forskningstidskriften Science den 27 juli 2012.

Universum är en mångfacetterad och varierande plats, och många stjärnor liknar inte vår sol. Ett internationellt team har använt VLT (Very Large Telescope) för att studera så kallade O-stjärnor, som är tunga, mycket heta, och lyser starkt [1]. Dessa stjärnor lever korta och våldsamma liv och de spelar en viktig roll i galaxernas utveckling. De kopplas också ihop med extrema fenomen som “vampyrstjärnor”, när en mindre följeslagare suger material från ytan av dess större granne, samt gammablixtar.

Hugues Sana vid Amsterdams universitet i Nederländerna har lett studien.

– De här stjärnorna är riktiga bestar. De är mer än 15 gånger tyngre än vår sol och kan lysa upp till en miljon gånger starkare. De är så heta att de lyser med ett blåaktigt sken och deras yttemperaturer är över 30 000 grader Celsius, säger han.

Astronomerna undersökte 71 O-stjärnor, både ensamma och i par, i sex unga stjärnhopar i Vintergatan. De flesta observationerna i studien gjordes med ESO:s teleskop, inklusive VLT.

Forskarna analyserade ljuset från stjärnorna [2] mer noggrant än vad som tidigare varit möjligt. De upptäckte de att 75 procent av O-stjärnorna lever tillsammans i par, vilket är en högre andel än man tidigare trott. Dessutom är det första gången som andelen stjärnpar har kunnat bestämmas med hög noggranhet. En ännu viktigare upptäckt är att andelen av dessa par som är tillräckligt nära varandra för att växelverka är mycket högre än någon tidigare hade trott, något som har djupgående betydelse för vår kunskap om hur galaxer utvecklas. Växelverkan kan ske när materia flyttas från en stjärna till den andra – så kallade vampyrstjärnor – eller när stjärnorna smälter samman.

O-stjärnor utgör bara en bråkdel av en procent av alla stjärnor i universum. Men de våldsamma fenomen som förknippas med dem har en oproportionerlig påverkan på stjärnornas omgivning. Stjärnvindar och chockvågor som dessa stjärnor ger upphov till kan både sätta igång och avsluta processerna som leder till att nya stjärnor bildas. Ljuset från stjärnorna lyser upp nebulosor, och när stjärnorna dör som supernovor berikas hela galaxer med tunga grundämnen som är avgörande för liv. De tros dessutom ligga bakom gammablixtar som är bland de mest energirika fenomenen i hela universum. O-stjärnor är därför inblandade i många av de mekanismer som driver galaxernas utveckling.

Selma de Mink vid Space Telescope Science Institute i USA är medförfattare till studien.

– En stjärnas liv påverkas i grunden om den lever tillsammans med en annan stjärna. Om två stjärnorna kretsar väldigt nära varandra kan de till slut gå samman. Men även om de inte gör det, kan den ena stjärnan i många fall dra till sig material från sin grannes yta, säger hon.

Sammangåenden mellan stjärnor är våldsamma händelser som enligt teamet kommer att drabba ungefär mellan 20 och 30 procent av O-stjärnorna. Ytterligare 40-50 procent av O-stjärnorna lever som vampyrstjärnor. Men även detta jämförelsevis lugnare alternativ har en stark påverkan på hur dessa stjärnor utvecklas.

Tills nu har astronomerna mest betraktat tunga stjärnor som kretsar i täta par som undantaget, något som endast behövdes för att förklara exotiska fenomen som röntgenbinärer, dubbelpulsarer och dubbla svarta hål. Den nya studien visar att om man vill tyda universum rätt kan man inte göra sådana förenklingar. Dessa tungviktare till dubbelstjärnor är inte bara vanliga, deras liv skiljer sig fundamentalt från ensamma stjärnors.

När det gäller vampyrstjärnor, föryngras den mindre och lättare stjärnan då den suger åt sig vätgas från sin följeslagare. Dess massa ökar avsevärt och den kommer att överleva sin kompanjon, samt även leva mycket längre än en ensam stjärna av samma massa. Under tiden kläs offret av och förlorar sitt hölje innan den kan bli en ljusstark superjätte. Istället blottas dess heta blå kärna. Det betyder att stjärnbeståndet i en avlägsen galax kan verka mycket yngre än vad det verkligen är: både de föryngrade vampyrstjärnorna och de försvagade offren blir hetare och får en blåare färg, vilket liknar yngre stjärnors utseende. Genom att känna till den sanna andelen av växelverkande tunga stjärnor i par är därför avgörande för att korrekt karaktärisera dessa avlägsna galaxer [3].

– Den enda informationen astronomerna har om avlägsna galaxer får vi från ljuset som når våra teleskop. Utan att göra antaganden om hur ljuset har skapats kan vi inte dra slutsatser om galaxen, som hur tung den är eller hur länge den har funnits. Den här studien visar att det vanliga antagandet att de flesta stjärnorna lever ensamma kan leda till att man drar fel slutsatser, avslutar Hugues Sana.

För att förstå hur stora de här effekterna är, och hur mycket de kommer att förändra vårt perspektiv på galaxernas utveckling, krävs ytterligare forskning. Att modellera dubbelstjärnor är komplicerat så det kommer att ta tid innan alla dessa avseenden tas med i modeller för galaxbildning.

Noter

[1] De flesta stjärnor ordnas efter deras spektraltyp eller färg. Båda är relaterade till stjärnans totala massa och yttemperatur. Från blått (och varma och tunga stjärnor) till rött (och kalla och lätta stjärnor) är den vanligaste klassifikationen O, B, A, F, G, K, M. O-stjärnorna har ett blekblått sken och yttemperaturer på 30 000 grader Celsius eller mer. De är mer än 15 gånger tyngre än solen.  

[2] Stjärnorna som lever i dubbelstjärnesystem ligger ofta så nära varandra att de inte går att urskilja som separata ljusprickar. Teamet lyckades upptäckta dubbelstjärnorna med VLT:s spektrograf UVES (Ultraviolet and Visible Echelle Spectrograph). Spektrografer sprider ut en stjärnas ljus på samma sätt som ett prisma bryter upp solljuset i regnbågens färger. Präglat i stjärnornas ljus finns diskreta streckkodsliknande mönster som orsakas av grundämnen i stjärnornas atmosfärer som förmörkar speciella färger i ljuset. När astronomerna observerar ensamma stjärnor ändras inte färgen hos dessa så kallade absorptionslinjer, men i dubbelstjärnor skiftas de jämfört med varandra tack vare stjärnornas rörelser runt varandra. Hur mycket de skiftas och hur de rör sig med tiden låter astronomerna bestämma stjärnornas rörelser, och då även deras banors egenskaper. Bland annat kan man avgöra om de är tillräckligt nära varandra för att utbyta material eller till och med gå samman.

[3] Att det finns så många vampyrstjärnor passar väl ihop med ett tidigare oförklarat fenomen. Observationer har visat att ungefär en tredjedel av de stjärnor som exploderar som supernovor innehåller förvånansvärt lite väte. Andelen väte-fattiga supernovor stämmer väl överens med andelen vampyrstjärnor som den här studien funnit. Vampyrstjärnorna antas orsaka vätefattiga supernovor hos sina offer, eftersom stjärnans yttersta lager, som innehåller mycket väte, slits bort av vampyrstjärnans gravitation innan offret kan explodera som en supernova.  

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en artikel, "Binary interaction dominates the evolution of massive stars" av H. Sana m. fl., som publiceras i tidskriften Science den 27 juli 2012.  

Teamet består av H. Sana (Amsterdams universitet, i Nederländerna), S. E. de Mink (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA; Johns Hopkins-universitetet, Baltimore, USA), A. de Koter (Amsterdams universitet; Universitetet i Utrecht, Nederländerna), N. Langer (Bonns universitet, Tyskland), C.J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, Storbritannien), M. Gieles (University of Cambridge, Storbritannien), E. Gosset (Université de Liège, Belgien), R. G. Izzard (Bonns universitet), J.-B. Le Bouquin (Université Joseph Fourier, Grenoble, Frankrike) och F. R. N. Schneider (Bonns universitet).

År 2012 är det 50 år sedan Europeiska sydobservatoriet (ESO) grundades. ESO är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av ett europeiskt extremt stort teleskop i 40-metersklassen för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Bilder på VLT

Kontakter

Robert Cumming, kontaktperson för ESO:s utåtriktade verksamhet i Sverige
Onsala rymdobservatorium
Sverige
Tel: 031 772 5500
Mobil: 070 493 3114
E-post: robert.cumming@chalmers.se

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

Selma de Mink
Space Telescope Science Institute
Baltimore, USA
Tel: +1 410 338 4304
Mobil: +1 443 255 3793
E-post: 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-post: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1230 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.