Kids

eso1415no — Pressemelding

Er mysteriet rundt dannelsen av magnetarer løst?

14 May 2014

Magnetarer er underlige, supertette rester etter supernovaeksplosjoner. De er de kraftigste magneter man kjenner til i universet – millioner av ganger sterkere enn de vi kan produsere her på Jorda. Ved hjelp av observasjoner med ESOs Very Large Telescope (VLT) har et europeisk astronomteam trolig funnet stjernekompanjongen til en magnetar for første gang. Oppdagelsen hjelper forskerne å forklare hvordan magnetarer dannes – noe som har vært en gåte i over 35 år – og hvorfor forløperen til magnetaren det er snakk om her, ikke kollapset til et sort hull slik teoriene forutsier.

Når massive stjerner kollapser under sin egen gravitasjon i en supernovaeksplosjon, komprimeres de til enten en nøytronstjerne eller et sort hull. En magnetar er en uvanlig og svært eksotisk type nøytronstjerne. De er små og ekstraordinært tette – en teskje med nøytronstjernemateriale ville veie en milliard tonn her på Jorda – og de har dessuten ekstremt kraftige magnetfelt. Magnetarer sender ut enorme mengder gammastråling når de gjennomgår såkalte stjerneskjelv, der kolossale spenninger i overflaten får den stive skorpen til plutselig å knekke eller sprekke.

Stjernehopen Westerlund 1 [1] ligger 16 000 lysår unna i stjernebildet Alteret på den sørlige himmelhalvkule og huser en av de to dusin magnetarer astronomene kjenner til i Melkeveien. Objektet kalles CXOU J164710.2-455216 og har fått astronomer til å klø seg i hodet.

"I en tidligere studie (eso1034) gjorde vi rede for at magnetaren i hopen Westerlund 1 må ha blitt dannet da en stjerne hele 40 ganger mer massiv enn Sola gikk til grunne i en voldsom eksplosjon. Dette resultatet er imidlertid problematisk ettersom så massive stjerner forventes å ende opp som sorte hull, ikke nøytronstjerner. Vi forsto ikke hvordan den kunne ha blitt en magnetar, altså en supermagnetisk nøytronstjerne," forteller Simon Clark, hovedforfatteren av den nye forskningsartikkelen.

Astronomene har nå lagt fram en mulig løsning på mysteriet. De foreslår at magnetaren ble til gjennom vekselvirkninger mellom to svært massive stjerner som kretset rundt hverandre i et dobbeltstjernesystem så kompakt at det ville fått plass innenfor Jordas omløpsbane rundt Sola. Siden man ikke hadde funnet en kompanjong ved posisjonen til magnetaren i Westerlund 1, tok astronomteamet i bruk ESOs Very Large Telescope (VLT) for å lete etter den i andre deler av stjernehopen. De var på utkikk etter stjerner "på rømmen", det vil si objekter som er på vei ut av hopen i stor hastighet. Slike stjerner kan nemlig ha blitt sparket ut av banen sin av supernovaeksplosjonen som dannet magnetaren. En stjerne kjent som Westerlund 1-5 [2] viste seg å passe beskrivelsen.

"Denne nyoppdagede stjernen har ikke bare den høye hastigheten man forventer dersom den har blitt kastet vekk av en supernovaeksplosjonen, den har også en sjelden kombinasjon av liten masse, høy lysstyrke og en karbonrik sammensetning som virker umulig å gjenskape hos en enslig stjerne [3]. Dette er svært sterke indisier på at stjernen opprinnelig var del av et dobbeltstjernesystem," forklarer medforfatter Ben Ritchie (Open University).

Oppdagelsen gjorde at astronomene kunne rekonstruere stjernens livsløp og forklare hvorfor stjernen endte opp som en magnetar og ikke et sort hull, slik stjerner av denne størrelsen burde gjøre ifølge teoriene. Første steg i prosessen er at den mer massive av de to stjernene begynner å gå tom for brensel. Den eser ut og overfører de ytre gasslagene til sin mindre massive kompanjong – nå forutbestemt til å bli en magnetar – slik at den roterer raskere og raskere. Denne hurtige rotasjonen virker å være den sentrale ingrediens i dannelsen av magnetarers ultrasterke magnetfelt.

I andre steg av prosessen, og som et resultat av masseoverførselen, blir kompanjongen (altså den blivende magnetaren) så massiv at den i sin tur kvitter seg med store mengder av det materiale den mottok fra nabostjernen. Mye av materialet forsvinner ut i rommet, men deler av det føres tilbake til stjernen det opprinnelig kom fra, nemlig Westerlund 1-5.

"Det er denne 'bytteprosessen' som er ansvarlig både for den særegne kjemiske signaturen til Westerlund 1-5 og for at kompanjongen har klart å kvitte seg med nok materiale til at sluttproduktet ble en magnetar i stedet for et sort hull," avslutter teammedlem Francisco Najarro (Centro de Astrobiología, Spania).

Å være medlem i et dobbeltstjernesystem kan dermed synes å være helt avgjørende for å skape en magnetar. Den raske rotasjonen, forårsaket av den første masseoverføringen mellom de to stjernene, er nødvendig for å generere det ekstremt sterke magnetfeltet. Og den andre runden med masseoverføring slanker den ene stjernen – den framtidige magnetaren – tilstrekkelig til at den ikke kollapser til et sort hull når dens siste time er kommet.

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 faktisk mer enn en faktor 100 000. Det er grunnen til at det har tatt så lang tid å avdekke stjernehopens sanne natur.

Westerlund 1 er et unikt laboratorium for å studere den ekstreme fysikken i stjernene, og den hjelper astronomer å forstå hvordan Melkeveiens mest massive stjerner lever og dør. Ut fra observasjonene kan forskerne 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 seks lysår i diameter. Westerlund 1 ser dermed ut til å være den mest massive kompakte unge stjernehop som hittil er funnet i galaksen vår.

Alle stjernene som så langt er undersøkt i Westerlund 1, har minst 30–40 ganger større masse enn vår egen sol. Fordi slike stjerner har korte liv (i astronomisk målestokk), må hopen være svært ung. Astronomene har beregnet alderen til mellom 3,5 og 5 millioner år, altså er Westerlund 1 for en nyfødt stjernehop å regne.

[2] Stjernens fulle betegnelse er Cl* Westerlund 1 W 5.

[3] Etter hvert som stjerner eldes, forandrer fusjonsprosessene den kjemiske sammensetningen i objektene. Grunnstoffer som utgjør brenselet i prosessene, brukes opp, mens sluttproduktene i reaksjonene akkumuleres. Stjernenes kjemiske fingeravtrykk er i starten rikt på hydrogen og nitrogen, men fattig på karbon. Det er først helt mot slutten av stjernenes livsløp at karbonandelen øker. På dette sene stadiet er stjernenes innhold av hydrogen og nitrogen kraftig redusert. Det anses som umulig for enkeltstjerner å være rik på hydrogen, nitrogen og karbon på samme tid, slik tilfelle er med Westerlund 1-5.

Mer informasjon

Denne studien presenteres i en kommende forskningsartikkel i journalen Astronomy & Astrophysics: "A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: IV.Wd1-5 binary product and a pre-supernova companion for the magnetar CXOU J1647-45" av J. S. Clark et al. Forskerteamet publiserte sin første undersøkelse 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 Simon Clark og Ben Ritchie (The Open University, Storbritannia), F. Najarro (Centro de Astrobiología, Spania), Norbert Langer (Universität Bonn, Tyskland, og Universiteit Utrecht, Nederland) og Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Spania).

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

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert 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 39 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

Simon Clark
The Open University
Milton Keynes, United Kingdom
Tlf.: +44 207 679 4372
E-post: jsc@star.ucl.ac.uk

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal and E-ELT 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 eso1415 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.:eso1415no
Navn:CXOU J164710.2-455216
Type:• Local Universe : Star : Evolutionary Stage : Neutron Star : Magnetar
• X - Stars
Facility:Very Large Telescope
Science data:2014A&A...565A..90C

Bilder

Kunstnerisk framstilling av magnetaren i stjernehopen Westerlund 1
Kunstnerisk framstilling av magnetaren i stjernehopen Westerlund 1
Stjernehopen Westerlund 1 med posisjonene til magnetaren og dens sannsynlige, forhenværende kompanjong
Stjernehopen Westerlund 1 med posisjonene til magnetaren og dens sannsynlige, forhenværende kompanjong
Stjernehopen Westerlund 1
Stjernehopen Westerlund 1
Vidvinkelbilde av himmelen rundt stjernehopen Westerlund 1
Vidvinkelbilde av himmelen rundt stjernehopen Westerlund 1

Videoer

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

Se også