eso1132sv — Pressmeddelande (forskning)

Stjärnan som inte borde finnas

31 augusti 2011

Ett team av europeiska astronomer har med hjälp av ESO:s jätteteleskop VLT hittat en stjärna i Vintergatan som många forskare inte trodde kunde finnas. Stjärnan består nästan uteslutande av väte och helium, upptäckte astronomerna, med uppseendeväckande små mängder av andra grundämnen. Enligt en allmänt accepterad teori för hur stjärnor bildas placerar dess märkliga sammansättning stjärnan i ett “förbjudet område”. Enligt teorin borde en sådan stjärna aldrig ha kunnat bildas. Forskningsresultaten presenteras i tidskriften Nature den 1 september.

Jämfört med alla stjärnor som hittills uppmätts har den ljussvaga stjärnan SDSS J102915+172917 [1] i stjärnbilden Lejonet en lägre andel av grundämnen tyngre än helium. Astronomer kallar alla sådana grundämnen för “metaller”. Stjärnan, som har en massa som är mindre än solens, är antagligen äldre än 13 miljarder år.

Elisabetta Caffau vid Centrum för astronomi vid Heidelbergs universitet, Tyskland, och Paris observatorium, Frankrike, är huvudförfattare till artikeln.

– Enligt en allmänt accepterad teori borde just sådana här stjärnor, med låg massa och extremt lågt metallinnehåll, inte kunna existera. De moln av materia som stjärnorna bildades ur borde inte kunna ha pressats samman tillräckligt [2], säger hon.

– Att för första gången hitta en stjärna i denna “förbjudna zon” var överraskande. Det betyder att vi kanske behöver se över några av modellerna för hur stjärnor bildas.

Teamet analyserade stjärnans egenskaper genom att använda instrumenten X-shooter och UVES på jätteteleskopet VLT [3]. Detta gjorde det möjligt för dem att mäta hur mycket av olika grundämnen som stjärnan innehåller. De upptäckte att andelen metaller i SDSS J102915+172927 är mer än 20 000 gånger mindre än i solen [4][5].

Piercarlo Bonifacio vid Paris observatorium är en av ledarna i teamet bakom upptäckten.

– Stjärnan är ljussvag och så metallfattig att vi bara lyckades detektera kännetecken från ett enda grundämne tyngre än helium - kalcium - i våra första observationer. Vi var tvungna att ansöka om mer observationstid från ESO:s generaldirektör för att studera stjärnans ljus i ännu mer detalj, och med en längre exponeringstid, för att kunna försöka hitta andra metaller, säger han.

Kosmologer tror att de lättaste grundämnena – väte och helium – skapades precis efter big bang tillsammans med en liten mängd litium [6]. Alla andra grundämnen tros ha skapats senare, inuti stjärnor. Supernovaexplosioner sprider stjärnmaterialet ut i det så kallade interstellära mediet (gas och stoft i rymden mellan stjärnorna) och ökar därmed dess innehåll av metaller. Nya stjärnor bildas i det berikade interstellära mediet och de innehåller då en större andel metaller än de äldre stjärnorna. Därför kan andelen metaller i en stjärna tala om för oss hur gammal den är.

Lorenzo Monaco vid ESO i Chile var också inblandad i projektet.

– Stjärnan vi har studerat är extremt metallfattig och därmed mycket primitiv. Den kan vara en av de äldsta stjärnor som någonsin har upptäckts, tillägger han.

Något som också var mycket överraskande var bristen på litium i SDSS J102915+172927. En så gammal stjärna borde ha en sammansättning som är mycket lik universums egen kort efter big bang, men med lite mer metaller i. Men teamet fann att andelen litium i stjärnan var åtminstone femtio gånger mindre än vad som förväntas från material som producerats i big bang.

– Det är ett mysterium hur det litium som bildats just efter universums begynnelse blev förstört i den här stjärnan, tillägger Piercarlo Bonifacio.

Enligt forskarna är att denna abnorma stjärna antagligen inte är unik.

– Vi har identifierar ett flertal ytterligare stjärnor som är kandidater till att ha ett metallinnehåll på samma, eller ännu lägre, nivå som SDSS J102915+172927. Vi planerar nu att observera dem med VLT för att se om det verkligen är så, avslutar Caffau.

Noter

[1] Stjärnan är katalogiserad i SDSS (“Sloan Digital Sky Survey”). Siffrorna syftar på dess position på himlavalvet.

[2] I allmänt accepterade teorier inom stjärnbildning konstateras att stjärnor med så låg massa som SDSS J102915+172927 (ungefär 0,8 solmassor eller mindre) bara kan bildas efter att supernovaexplosioner har berikat det interstellära mediet över en kritisk nivå. Detta beror på att de tyngre grundämnena fungerar som “kylmedel” och hjälper till att stråla ut värme från gasmolnen. När värmen strålar ut så kan gasmolnen dras ihop och stjärnor bildas. Utan metallerna skulle gravitationen i molnet vara för svag för att övervinna trycket utåt från värmen, och molnet skulle därför inte kunna kollapsa. I en av teorierna så fastställs kol och syre som de viktigaste kylmedlena. I SDSS J102915+172927 så är mängden kol mindre än den minsta möjliga som bedöms behövas för kylningen att vara effektiv.

[3] X-shooter och UVES är spektrografer på VLT. Spektrografer är instrument som kan dela upp ljuset från himlakroppar i dess ingående färger och gör det möjligt att detaljstudera den kemiska sammansättningen. X-shooter kan fånga in ljus i ett mycket stort våglängdsomfång från ett objekt på en gång: från ultraviolett ända till kortvågigt infrarött ljus. UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) är ett instrument som kan observera i synligt ljus med mycket hög upplösning i våglängd.

[4] Stjärnan HE 1327-2326, som upptäcktes år 2005, är stjärnan med den minsta mängden järn vi känner till. Men den innehåller mycket kol. Stjärnan som nu studerats har den lägsta andelen metaller om man tar hänsyn till alla grundämnen som är tyngre än helium.

[5] ESO-teleskop har varit djupt involverade i många av upptäckterna av de mest metallfattiga stjärnorna. Några av de tidigare forskningsresultaten har rapporterats i eso0228 och eso0723. Den nya upptäckten visar att observationer med ESO:s teleskop har låtit astronomerna ta ännu ett steg på vägen mot att hitta den första generationen stjärnor.

[6] Den ursprungliga nukleosyntesen syftar på den produktion av kemiska grundämnen med fler än en proton som ägde rum en mycket kort tid efter big bang. Den pågick under en mycket kort period och bara väte, helium och litium bildades, inga tyngre grundämnen. Big bang-teorin säger att de ursprungliga andelarna (räknat i massa) av olika grundämnen var ungefär 75% väte, 25 % helium och bara spår av litium. Dessa mängder har även bekräftats observationellt.

Mer information

Forskningsresultaten presenterades i en artikel, “An extremely primitive halo star“, av Caffau m.fl. som kommer att publiceras i tidskriften Nature den 1 september.

Forskarteamet består av Elisabetta Caffau (Centrum för astronomi vid Heidelbergs universitet [ZAH] och Paris observatorium, Université Paris Diderot, CNRS, Frankrike [GEPI]), Piercarlo Bonifacio (GEPI), Patrick François (GEPI och Université de Picardie Jules Verne, Amiens, Frankrike), Luca Sbordone (ZAH, Max-Planck-institutet för  astrofysik, Garching, Tyskland, och GEPI), Lorenzo Monaco (ESO, Chile), Monique Spite (GEPI), François Spite (GEPI), Hans-G. Ludwig (ZAH och GEPI), Roger Cayrel (GEPI), Simone Zaggia (INAF, Paduas astronomiska observatorium, Italien), François Hammer (GEPI), Sofia Randich (INAF, Arcetris astronomiska observatorium, Florens,  Italien), Paolo Molaro (INAF, Triestes astronomiska observatorium, Italien), and Vanessa Hill (Université de Nice-Sophia Antipolis, Côte d’Azurs observatorium, CNRS, Laboratoire Cassiopée, Nice, Frankrike).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, 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-metersklass för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

Kontakter

Robert Cumming
Onsala rymdobservatorium, kontaktperson för ESO:s utåtriktade verksamhet i Sverige
Sverige
Tel: +46 31 7725500
Mobil: +46 704933114
E-post: robert.cumming@chalmers.se

Dr Elisabetta Caffau
Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg / Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS
Heidelberg / Paris, Germany / France
Tel: +49 6221 54 1787 or +33 1 4507 7873
E-post: Elisabetta.Caffau@obspm.fr

Dr Piercarlo Bonifacio
Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS
Paris, France
Tel: +33 1 4507 7998 or +33 1 4047 8031
Mobil: +33 645 380 509
E-post: Piercarlo.Bonifacio@obspm.fr

Dr Lorenzo Monaco
ESO
Santiago, Chile
Tel: +56 2 463 3022
E-post: lmonaco@eso.org

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

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1132, som tagits fram inom ramarna för ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer som fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Robert Cumming.

Om pressmeddelandet

Pressmeddelande nr:eso1132sv
Namn:SDSS J102915+172927
Typ:• Milky Way : Star
Facility:Very Large Telescope
Science data:2011Natur.477...67C

Bilder

A star that should not exist
A star that should not exist
text på engelska
The composition of a star that should not exist
The composition of a star that should not exist
text på engelska
The remarkable star SDSS J102915+172927 in the constellation of Leo (The Lion)
The remarkable star SDSS J102915+172927 in the constellation of Leo (The Lion)
text på engelska
The spectrum of a star that should not exist
The spectrum of a star that should not exist
text på engelska
Wide-field view of the sky around the remarkable star SDSS J102915+172927
Wide-field view of the sky around the remarkable star SDSS J102915+172927
text på engelska

Videor

Zooming in on the remarkable star SDSS J102915+172927
Zooming in on the remarkable star SDSS J102915+172927
text på engelska

Se även