Pressmeddelande

Kosmiska sprinklers får sin förklaring

8 november 2012

Med ESO:s jätteteleskop VLT har astronomer upptäckt en dubbelstjärna i mitten av en av himlens mest iögonfallande planetariska nebulosor. Upptäckten bekräftar en länge debatterad teori om hur materia som slängs ut i rymden bildar sådana spektakulära och symmetriska former, och vad som styr processen. Forskningsresultaten presenteras i tidskriften Science den 9 november 2012.

Planetariska nebulosor [1] är lysande skal av gas som omger vita dvärgar – solliknande stjärnor i livets slutskede. Fleming 1 är ett vackert exempel på en planetarisk nebulosa med påfallande symmetriska jetstrålar [2] som vävs samman i knutiga böjda mönster. Den ligger i den sydliga stjärnbilden Kentauren och upptäcktes för ett drygt århundrade sedan av Williamina Fleming [3], en före detta husjungfru som anställdes av på Harvard College-observatorium efter att ha visat en talang för astronomi.

Astronomer har länge tvistat om hur dessa symmetriska strålar kunde skapas, men inget konsensus har kunnat nås. Nu har ett forskarteam lett av Henri Boffin, astronom vid ESO i Chile, kombinerat nya observationer av Fleming 1 med ESO:s VLT (Very Large Telescope) med befintliga datormodeller för att för första gången i detalj förklara hur dessa bisarra former kom till.

Teamet använde VLT för att studera ljuset från stjärnan i nebulosans mitt. De upptäckte att Fleming 1 sannolikt har inte bara en vit dvärg i mitten utan två som tar 1,2 dygn att kretsa kring varandra. Stjärnpar har visserligen även tidigare hittats i mitten av planetariska nebulosor. Men dubbelstjärnor där båda parter är vita dvärgar är mycket sällsynta [4].

- Ursprunget till de vackra och invecklade formerna hos Fleming 1 och liknande objekt har varit kontroversiellt i årtionden. Astronomer har även tidigare föreslagit ett dubbelstjärnesystem, men alltid trott att stjärnorna borde vara väl separerade, med en omloppstid på tio år eller mer. Våra modeller och observationer har gjort det möjligt för oss att undersöka det här ovanliga system i detalj. Vi har kunnat se rakt in i nebulosans hjärta och funnit att det här paret kretsar flera tusen gånger närmare varandra, säger Henri Boffin.

När en stjärna som börjat livet med en massa på åtta gånger solens eller mindre närmar sig slutet av sitt liv, blåser den bort sina yttre delar och börjar gå ner i vikt. Detta gör att dess heta inre kärna börjar stråla starkt, vilket i sin tur gör att den borttappade kokongen av gas lyser upp och syns som en planetarisk nebulosa.

Trots att stjärnor är runda, är många planetariska nebulosor slående komplexa, med knutar, stråk och starka jetstrålar vars material bildar komplicerade mönster. Vissa av de mest spektakulära planetariska nebulosorna - bland dem Fleming 1 - har så kallade punktsymmetrisk struktur [5]. För den här planetariska nebulosan betyder det att material verkar skjutas ut från kärnans båda poler i S-formade strömmar. Den nya studien visar att hos Fleming 1 är dessa mönster ett resultat av en nära växelverkan mellan de två stjärnorna i mitten - ett stjärnpars överraskande svanesång.

Brent Miszalski, astronom vid SAAO och SALT (Sydafrika) är medförfattare till studien:

- Det här är det bästa exemplet hittills på en dubbelstjärna där simuleringar har kunnat förutspå hur stjärnorna har format den omgivande nebulosan - och dessutom på ett mycket spektakulärt sätt, säger han.

Stjärnparet i mitten av nebulosan är nyckeln till dess struktur. När stjärnorna blev äldre svällde de upp, och under en del av denna tid spelade den ena rollen av en vampyrstjärna och sög material från sin kompanjon. Detta material strömmade sedan mot vampyrstjärnan och omgav den med en skiva av gas (en så kallad ackretionsskiva [6]). Allt medan stjärnorna kretsade kring varandra växelverkade de båda med gasen i skivan så att skivan började röra sig som en vinglande snurra - denna rörelse kallas precession. Skivans vinglande påverkar i sin tur material som kastas utåt från systemets poler, ibland i form av jetstrålar. Denna studie bekräftar att precesserande ackretionsskivor i dubbelstjärnesystem kan bilda de slående symmetriska mönster som syns i planetariska nebulosor som Fleming 1.

Dessa långexponeringar tagna med VLT har också lett till att man upptäckt en ring med knutar i den inre nebulosan. Sådana ringar har tidigare setts nära andra typer av dubbelstjärnor och verkar vara ett tecken på ställen i rymden där ett stjärnpar finns.

- Våra resultat bekräftar den roll som växelverkan mellan stjärnpar har i att forma, och kanske till och med skapa, planetariska nebulosor, avslutar Boffin.

Noter

[1] Planetariska nebulosor har inget med planeter att göra. Namnet kom till under 1700-talet då vissa av dessa objekt liknar en avlägsen planet när man tittar på dem i ett litet teleskop.

[2] Jetstrålar är gas som strömmar ut i hög hastighet från de centrala delarna av en planetarisk nebulosa. De är ofta kollimerade - det vill säga att materialet skickas ut i parallella strålar - vilket betyder att de bara sprider ut sig lite grand när de rör sig genom rymden.

[3] Fleming 1 har fått sitt namn efter den skotska astronomen Williamina Fleming, som upptäckte den 1910. Fleming arbetade från början som hembiträde vid Harvard College Observatory under 1880-talet, men anställdes senare för att bearbeta astronomiska data vid observatoriet som en av Harvards räknebiträden, en grupp av skickliga kvinnor som gjorde matematiska beräkningar och kontorsarbete. Under sin tid vid observatoriet upptäckte hon, och fick erkännande för, åtskilliga astronomiska objekt, inklusive 59 nebulosor, över 310 variabla stjärnor, samt 10 novor. Fleming 1 har många andra namn, bland dem PN G290.5+07.9, ESO 170-6 och Hen 2-66.

[4] Teamet studerade stjärnorna med instrumentet FORS på VLT vid ESO:s Paranalobservatorium i Chile. Förutom att ta bilder av objekten delade forskarna även upp ljuset i sina olika färger för att få information både om hur de centrala objekten rör sig och om deras temperatur och kemiska sammansättning.

Man fann att de två stjärnorna väger mellan 0,5 till 0,86 respektive mellan 0,7 och 1,0 gånger så mycket som solen. Dessutom kunde man, genom att analysera de två stjärnorna och studera deras samlade ljusstyrka, avfärda möjligheten att en “normal” stjärna som vår sol ingår i dubbelstjärnan. När stjärnparet roterar ändras dess ljusstyrka mycket lite. En normal stjärna borde ha värmts upp av den vita dvärgen, och eftersom den alltid borde visa samma sida mot sin kompanjon (som månen gör mot jorden), borde den omväxlande visa upp “het och ljusstark” och en “kalla och mörk” sida. Detta skulle leda till att ljusstyrkan varierar regelbundet. Det centrala objektet är därför med stor sannolikhet ett par vita dvärgar - ett ovanligt och exotiskt fynd.

[5] I det här fallet har varje del av nebulosan en exakt motsvarighet på samma avstånd från stjärna, men i motsatt riktning - samma slags symmetri som den man finner hos de klädda korten i en vanlig kortlek.

[6] En sådan skiva bildas då materialet som försvinner från stjärnan går förbi en speciell gräns, den så kallade Roche-loben. Inom denna är allt material bundet till sin stjärna tack vare gravitationskraften, och kan inte undkomma. När loben fylls och materialet kommer utanför gränsen, försvinner det iväg från stjärnan och förflyttas till en närliggande kropp, till exempel den andra stjärnan i ett dubbelstjärnesystem, och bildar där en ackretionsskiva.

Mer information

Resultaten presenteras i en forskningsartikel “An Interacting Binary System Powers Precessing Outflows of an Evolved Star” av H. M. J. Boffin m. fl., som utkommer i tidskriften Science den 9 November 2012.

Teamet består av H. M. J. Boffin (Europeiska sydobservatoriet ESO, Chile), B. Miszalski (South African Astronomical Observatory; Southern African Large Telescope Foundation, Sydafrika), T. Rauch (Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Tübingen, Tyskland), D. Jones (European Southern Observatory, Chile), R. L. M. Corradi (Instituto de Astrofísica de Canarias; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Spanien), R. Napiwotzki (University of Hertfordshire, Storbritannien), A. C. Day-Jones (Universidad de Chile, Chile), och J. Köppen (Observatoire de Strasbourg, Frankrike).

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 det europeiska extremt stora 39 metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln
• Bilder på VLT

Kontakter

Henri Boffin
ESO
Santiago, Chile
Tel: +56 2 463 3126
E-post: hboffin@eso.org

David Jones
ESO
Santiago, Chile
Tel: +56 2 463 3086
E-post: djones@eso.org

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

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1244 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.