eso1230no — Pressemelding

De mest lyssterke stjernene lever ikke alene

VLT-data viser at de fleste tunge stjerner danner vekselvirkende par

26 July 2012

En ny studie gjort med ESOs Very Large Telescope (VLT) slår fast at de fleste stjerner som er svært lyssterke og har høy masse, ikke lever alene. Det viser seg at nesten tre fjerdedeler av disse stjernene, som for øvrig har stor innvirkning på galaksenes utvikling, har en nær stjernekompanjong. Tallet er mye høyere enn først antatt. Overraskende er det også at størsteparten av stjernene som danner par, påvirker hverandre kraftig, for eksempel i form av masseoverføring fra den ene stjernen til den andre. Og omtrent en tredjedel av parene forventes faktisk omsider å smelte sammen til en enkelt stjerne. Resultatene publiseres i tidsskriftet Science 27. juli 2012.

Universet er et mangfoldig sted, og mange stjerner er rimelig ulike Sola. Et internasjonalt forskerteam har brukt VLT til å undersøke såkalte O-stjerner, som kjennetegnes ved svært høy temperatur, masse og lysstyrke [1]. Slike stjerner lever korte og voldsomme liv og spiller en nøkkelrolle i galaksenes utvikling. De knyttes også til ekstreme fenomener som gammaglimt og ikke minst "vampyrstjerner", der en mindre stjernekompanjong suger til seg masse fra overflaten til sin større nabo.

"Disse stjernene er skikkelige kjemper," sier forskningsartikkelens hovedforfatter, Hugues Sana (University of Amsterdam, Nederland). "De er minst 15 ganger mer massive enn vår egen sol og kan være opptil en million ganger mer lyssterk. Denne typen stjerner har svært høye overflatetemperaturer – over 30 000 grader Celsius – og skinner med et sterkt blåhvitt lys."

Astronomene studerte et utvalg av 71 O-stjerner – både enkeltstjerner og stjerner i par (dobbeltstjerner) – som holder til i seks nærliggende unge stjernehoper i vår egen Melkeveigalakse. De fleste observasjonene ble gjort med ESOs teleskoper, deriblant VLT.

Ved å analysere lyset fra disse objektene [2] mer detaljert enn noen gang tidligere, oppdaget teamet at 75 % av alle O-stjerner lever i dobbeltstjernesystemer. Dette er den første presise bestemmelse av denne andelen, som dessuten er overraskende høy. Men astronomene gjorde en enda viktigere oppdagelse: Andelen av stjerneparene der medlemmene var nære nok til å vekselvirke, var mye høyere enn noen hadde trodd på forhånd (med vekselvirkning menes her at det foregår masseoverføring mellom dem, jf. vampyrstjerner, eller at stjernene omsider vil smelte helt sammen). Resultatet har avgjørende betydning for vår forståelse av galaksenes utvikling.

O-stjerner utgjør mye mindre enn en prosent av alle stjernene i universet, men de voldsomme fenomenene knyttet til dem betyr at de har en uforholdsmessig stor effekt på sine omgivelser. Partikkelvindene og sjokkbølgene fra dem kan både utløse og stoppe stjernedannelse, den intense strålingen fra dem får omliggende stjernetåker til å gløde, og når de ender sine liv i supernovaeksplosjoner, beriker de galaksene med tunge grunnstoffer som alt liv er avhengig av. I tillegg knyttes de til gammaglimt, som er blant de mest voldsomme og energetiske fenomener i universet. O-stjerner spiller derfor en betydelig rolle i mange av de mekanismene som driver galaksenes utvikling.

"Livet til en stjerne påvirkes i høy grad dersom den lever i nærheten av en annen," forklarer Selma de Mink (Space Telescope Science Institute, USA), en av medforfatterne på artikkelen. "Hvis to stjerner kretser veldig tett rundt hverandre, kan de til slutt smelte sammen. Og selv om de ikke gjør det, vil en av dem ofte suge til seg masse fra naboen sin."

Stjerner som smelter sammen, noe forskerteamet anslår hender for om lag 20–30 % av alle O-stjerner, er voldsomme hendelser. Men selv det forholdsvis "rolige" scenariet med vampyrstjerner, som utgjør ytterligere 40–50 % av tilfellene, har avgjørende betydning for hvordan disse stjernene utvikler seg.

Fram til nå har astronomer stort sett betraktet massive dobbeltstjerner i tette omløpsbaner som et unntak, noe som bare var nødvendig for å forklare eksotiske fenomener som røntgendobbeltstjerner og parsystemer bestående av henholdsvis to pulsarer eller to sorte hull i bane rundt hverandre. Den nye studien viser derimot at dette er en altfor grov forenkling: Dobbeltstjerner i tungvektsklassen er ikke bare vanlige, men livene deres er også fundamentalt forskjellige fra enkeltstjernenes.

For eksempel, i tilfellet med vampyrstjerner forynges den mindre og lettere stjernen etter hvert som den suger til seg fersk hydrogengass fra kompanjongen sin. Dens masse vil øke betraktelig og den vil ende opp med å leve lenger enn ledsageren og lenger enn den ville gjort hadde den levd alene. Den andre stjernen, offeret, får derimot sine ytre gasslag revet vekk før den får sjansen til å bli en såkalt rød superkjempe; i stedet blottlegges stjernens hete, blå kjerne. Resultatet er at stjernepopulasjonen i en fjern galakse kan framstå mye yngre enn den faktisk er. For både de foryngede vampyrstjernene og de skrumpede stjerneofrene blir med tiden varmere og blåere i fargen og etterligner dermed egenskapene til unge stjerner. Å kjenne den sanne andelen av vekselvirkende dobbeltstjerner med høy masse er derfor helt avgjørende for virkelig å forstå fjerne galakser. [3]

"Alt vi ønsker å vite om fjerne galakser, må vi finne ut ved å analysere lyset fra dem. Vi kan ikke trekke konklusjoner om galaksene, slik som hvor massive eller gamle de er, uten å gjøre antagelser om hvilke type stjerner det er som sender ut dette lyset. Denne studien viser at den vanlige antagelsen om at brorparten av stjernene lever alene, ikke stemmer og kan lede til gale konklusjoner," avslutter Hugues Sana.

Det vil kreve ytterligere arbeid for å forstå hvor store disse effektene er og hvor mye de nye resultatene vil endre vårt syn på galaksenes utvikling. Å utvikle modeller for dobbeltstjerner er en komplisert affære, så det vil ta tid å innlemme den nye lærdommen i astronomenes galaksedannelsesmodeller.

Fotnoter

[1] De fleste stjerner klassifiseres etter deres spektralklasse, eller farge om du vil. Denne henger videre sammen med stjernens masse og overflatetemperatur. Den vanligste inndelingen – fra blå farge (og dermed høyest temperatur og masse) til rød (lavest temperatur og masse) – følger spektralklassene O, B, A, F, G, K og M. O-stjerner har overflatetemperaturer på ca. 30 000 grader eller mer, og de lyser med en klar, lyseblå farge. Massene deres er 15 ganger Solas eller mer.

[2] Medlemmene i dobbeltstjernesystemer er vanligvis for nære hverandre til at vi kan se dem som to separate lyskilder. Forskerteamet kunne imidlertid avsløre slike tette stjernepar ved hjelp av spektrografen UVES (Ultraviolet and Visible Echelle Spectrograph) på VLT-teleskopet. Spektrografer splitter opp lyset i de ulike fargene det består av, ikke ulikt måten et prisme sprer ut sollyset til alle regnbuens farger. I stjernenes lysspekter finnes strekkodelignende avtrykk etter stjernenes atmosfærer. Avtrykkene sees som mørke streker på visse bølgelengder/farger. Når astronomene observerer enkeltstjerner, ligger disse såkalte absorpsjonslinjene helt fast på gitte bølgelengder. Men i dobbeltstjernesystemer er linjene fra de to stjernene forskjøvet litt i forhold til hverandre pga. stjernenes bevegelse. Hvor mye disse linjene er forskjøvet og måten de flytter seg på som funksjon av tiden, gjør det mulig for astronomene å bestemme stjernenes bevegelse og baneparametere, og dermed hvorvidt de er tilstrekkelig nære hverandre til å utveksle masse eller kanskje endog smelte sammen en gang i framtiden.

[3] Den høye andelen vampyrstjerner passer godt med et tidligere uforklart fenomen. Om lag en tredjedel av alle stjerner som eksploderer som supernovaer, har vist seg å ha overraskende lite hydrogen i seg – et noe pussig faktum all den tid stjerner hovedsakelig består av hydrogen. Andelen av hydrogenfattige supernovaer passer imidlertid veldig godt med den andelen av vampyrstjerner man har funnet i denne studien. Vampyrstjerner bidrar til at ofrene sine ender som hydrogenfattige supernovaer, fordi de hydrogenrike ytre lagene suges vekk av vampyrstjernens gravitasjon før offeret eksploderer som en supernova.

Mer informasjon

Denne studien presenteres i en forskningsartikkel i journalen Science den 27. juli 2012: "Binary interaction dominates the evolution of massive stars" av H. Sana et al.

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

I 2012 feirer European Southern Observatory (ESO) 50-årsjubileum. ESO er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 15 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller 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 driver ESO Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskop. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er den europeiske partner i et revolusjonerende teleskop kalt ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. ESO planlegger for tiden et ekstremt stort optisk/nær-infrarødt teleskop som har fått betegnelsen E-ELT: European Extremely Large Telescope. Med en speildiameter på rundt 40 meter vil dette bli det største "øye" i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

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

Selma de Mink
Space Telescope Science Institute
Baltimore, USA
Tlf.: +1 410 338 4304
Mob.: +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
Tlf.: +49 89 3200 6655
Mob.: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1230 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 astronomene Jan-Erik Ovaldsen og Andreas O. Jaunsen. Pressemeldingen er oversatt av JEO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1230no
Type:• Milky Way : Star
Facility:Very Large Telescope
Science data:2012Sci...337..444S

Bilder

Kunstnerisk framstilling av en vampyrstjerne og sitt offer
Kunstnerisk framstilling av en vampyrstjerne og sitt offer
Varme og lyssterke O-stjerner i stjernedannelsesområder
Varme og lyssterke O-stjerner i stjernedannelsesområder

Videoer

Kunstnerisk framstilling av utviklingen til en varm dobbeltstjerne med stor masse
Kunstnerisk framstilling av utviklingen til en varm dobbeltstjerne med stor masse
Kunstnerisk framstilling av utviklingen til en varm dobbeltstjerne med stor masse (med tekst)
Kunstnerisk framstilling av utviklingen til en varm dobbeltstjerne med stor masse (med tekst)

Se også