Elsta tvíburasystir sólar sem fundist hefur

VLT sjónauki ESO finnur nýjar vísbendingar sem hjálpa til við að leysa liþíumráðgátu

Sævar Helgi Bragason 28. ágú. 2013 Fréttir

Stjörnufræðingar hafa fundið merkilega stjörnu sem er alveg eins og sólin okkar, nema fjögur þúsund milljón árum eldri!

  • stjarna, sólin, þróun stjörnu, HIP 102152, tvíburasystir sólar

Alþjóðlegur hópur vísindamanna, undir forystu brasilískra stjörnufræðinga, notaði Very Large Telescope ESO til að finna og rannsaka elstu tvíburasystur sólar sem fundist hefur hingað til. Stjarnan HIP 102152 er í 250 ljósára fjarlægð frá Jörðinni og líkist sólinni okkar meira en nokkur önnur stjarna sem fundist hefur hingað til — fyrir utan að vera næstum fjögur þúsund milljón árum eldri. Þessi eldri en nánast eineggja tvíburasól gerir stjörnufræðingum kleift að sjá hvernig sólin okkar mun líta út þegar hún eldist. Mælingarnar veita mikilvægar upplýsingar um tengslin milli aldurs stjörnu og liþíuminnihalds hennar og benda auk þess til að á braut um HIP 102152 gætu verið bergreikistjörnur.

Stjörnufræðingar hafa rannsakað sólina okkar með hjálp sjónauka í 400 ár — örlítið brot af aldri sólar sem er meira en fjögurra milljarða ára gömul. Erfitt er að rannsaka þróun sólar en þó getum við leitað að sjaldgæfum stjörnum sem eru næstum alveg eins og okkar eigin, nema á mismunandi æviskeiðum. Nú hafa stjörnufræðingar fundið stjörnu sem er svo til eineggja tvíburi sólarinnar okkar, nema fjögur þúsund milljón árum eldri. Þetta er næstum eins og raunveruleg útgáfa af tvíburaþversögninni [1].

„Um árabil hafa stjörnufræðingar leitað að tvíburum sólar til að skilja okkar eigin lífgjafa betur. Sárafáar hafa þó fundist frá því að sá fyrsti fannst árið 1997. Við náðum frábærum litrófsmælingum með VLT sem gera okkur kleift að grannskoða tvíbura sólar með mikilli nákvæmni til að svara þeirri spurningu hvort sólin okkar sé á einhvern hátt sérstök,“ segir Jorge Melendez (Universidade São Paulo í Brasilíu) sem hafði umsjón með rannsókninni og er meðlhöfundur greinar um hana.

Stjörnufræðingarnir rannsökuðu tvo tvíbura sólar [2] — annan sem talinn var yngri en sólin (18 Scorpii) en hinn sem talinn var eldri (HIP 102152). Notast var við UVES litrófsritann á Very Large Telescope (VLT) í Paranal stjörnustöð ESO til að kljúfa ljósið í frumliti sína svo hægt væri að rannsaka efnasamsetningu og aðra eiginleika stjarnanna nákvæmlega.

Í ljós kom að HIP 102152 í stjörnumerkinu Steingeitinni er elsta tvíburastjarna sólar sem fundist hefur hingað til. Stjarnan er talin 8,2 milljarða ára, samanborið við 4,6 milljarða ára aldur sólar. Á hinn bóginn var staðfest að 18 Scorpii er yngri en sólin — um 2,9 milljarða ára.

Rannsóknir á tvíburastjörnunni HIP 102152 gerir vísindamönnum kleift að spá fyrir um það sem gæti hennt sólina okkar þegar hún nær þessum aldri. Nú þegar hefur mikilvæg uppgötvun verið gerð. „Eitt af því sem við vildum finna svar við er hvort efnasamsetning sólar sé dæmigerð eða ekki,“ segir Melendez. „Sínu mikilvægara er þó að fá svar við spurningunni: Hvers vegna inniheldur hún svo óvenju lítið magn liþíums?“

Liþíum, þriðja frumefnið í lotukerfinu, varð til við Miklahvell ásamt vetni og helíumi. Stjörnufræðingar hafa lengi velt fyrir sér hvers vegna sumar stjörnur virðast innihalda minna liþíum en aðrar. Með nýju mælingunum á HIP 102152 hafa stjörnufræðingar stigið stórt skref í átt til þess að leysa þessa ráðgátu, því fundist hefur sterkt samband á milli aldurs stjörnu á borð við sólina og liþíuminnihalds hennar.

Í dag inniheldur sólin okkar aðeins 1% af því liþíumi sem var til staðar í efninu sem hún myndaðist úr. Rannsóknir á yngri tvíburasystrum sólar benda til þess að yngri systkini hennar innihaldi mun meira af liþíumi, en vísindamenn hafa hingað til ekki getað sýnt fram á skýrt samband á milli aldurs og liþíummagns [3].

„Við höfum komist að því að HIP 102152 inniheldur mjög lítið liþíum. Það sýnir í fyrsta sinn, svo ekki verður um villst, að eldri tvíburasystur sólar hafa að geyma minna magn af liþíumi en sólin okkar og yngri tvíburasystur hennar. Nú getum við verið viss um að stjörnur eyða á einhvern hátt liþíuminu þegar þær eldast og að liþíuminnihald sólar virðist dæmigert miðað við aldur,“[4] segir TalaWanda Monroe (Universidade São Paulo), aðalhöfundur nýju greinarinnar.

Að endingu kom í ljós að efnasamsetning HIP 102152 er örlítið ólík öðrum tvíburasystrum sólar en mjög svipuð efnasamsetningu sólar. Í báðum stjörnum er lítið af frumefnum sem eru algeng í loftsteinum og jarðnesku bergi. Þetta er sterk vísbending um að HIP 102152 hafi líklega bergreikistjörnur [5].

Skýringar

[1] Margir kannast við tvíburaþversögnina, þar sem annar eineggja tvíburi fer í geimferð og snýr aftur til Jarðar yngri en hinn tvíburinn. Þótt ekki sé um tímaflakk að ræða í þessu tilviki sjáum við tvær mjög svipaðar stjörnur á mjög ólíkum aldri — svipmynd af ævi sólar á mismunandi stigum.

[2] Tvíburasystur sólar, hliðstæður sólar og stjörnur sömu gerðar og sólin eru allt stjörnur sem svipar til sólarinnar. Tvíburasystur sólar líkjast sólinni okkar mest miðað við massa, hitastig og efnasamsetningu. Þær eru þó sjaldgæfari en hinar gerðirnar, þar sem fleira skilur á milli.

[3] Eldri rannsóknir hafa bent til að risareikistjörnur á braut um stjörnu gætu haft áhrif á liþíuminnihald hennar (eso0943, eso0118,grein í Nature) þótt deilt sé um þær niðurstöður (ann1046).

[4] Enn er óljóst nákvæmlega hvernig liþíum eyðist innan í stjörnum en stungið hefur verið upp á nokkrum ferlum sem færa liþíum frá yfirborði stjörnu og dýpra inni í hana þar sem það eyðist.

[5] Ef stjarna inniheldur minna magn af þeim frumefnum sem við finnum venjulega í berghnöttum, er líklegt að hún hýsi bergreikistjörnur vegna þess að þessi efni eru innlyksa í slíkum hnöttum. Það að engar risareikistjörnur hafa fundist í kringum HIP 102152 með sjónstefnumælingum HARPS litrófsrita ESO rennir frekari stoðum undir það að hún gæti hýst litlar bergreikistjörnur. Því er hugsanlegt að reikistjörnur sem gætu líkst Jörðinni sé að finna í kringnum HIP 102152. Mun minni líkur eru á að finna litlar bergreikistjörnur í sólkerfum þar sem risareikistjörnur eru nálægt móðurstjörnunum, vegna þess að þyngdarkraftur stóru reikistjarnanna geta sundrað berghnöttunum.

Frekari upplýsingar

Þessi rannsókn er kynnt í greininni „High precision abundances of the old solar twin HIP 102152: insights on Li depletion from the oldest Sun,“ eftir TalaWanda Monroe o.fl. í Astrophysical Journal Letters.

Í rannsóknarteyminu eru TalaWanda R. Monroe, Jorge Meléndez (Universidade de São Paulo í Brasilíu [USP]), Iván Ramírez (The University of Texas at Austin í Bandaríkjunum), David Yong (Australian National University í Ástralíu [ANU]), Maria Bergemann (Max Planck Institute for Astrophysics í Þýskalandi), Martin Asplund (ANU), Jacob Bean, Megan Bedell (University of Chicago í Bandaríkjunum), Marcelo Tucci Maia (USP), Karin Lind (University of Cambridge í Bretlandi), Alan Alves-Brito, Luca Casagrande (ANU), Matthieu Castro, José-Dias do Nascimento (Universidade Federal do Rio Grande do Norte í Brasilíu), Michael Bazot (Centro de Astrofísica da Universidade de Porto í Portúgal) og Fabrício C. Freitas (USP).

ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 39 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.

Tenglar

Tengiliðir

Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavik, Iceland
Tölvupóstur: eson-iceland@eso.org

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1337.

Tengdar myndir

  • stjarna, tvíburasystir sólar, HIP 102152Hér eru sýnd mismunandi skeið í ævi stjörnu á borð við sólina, frá fæðingu vinstra megin til þróunar yfir í rauða risastjörnu hægra megin. Vinstra megin sést stjarnan sem frumstjarna hulin rykskífu þegar hún er að myndast. Síðar verður hún stjarna eins og sólin okkar. Eftir að hafa varið meirihluta ævinnar á þessu stigi, byrjar kjarni stjörnunnar smám saman að hitna. Stjarnan þenst út og verður rauðari uns hún hefur breyst í rauðan risa. Á tímalínuna hefur verið merkt hvar sólin okkar og tvíburasystur hennar, 18 Sco og HIP 102152 eru á sínum æviskeiðum. Sólin er 4,6 milljarða ára og 18 Sco er 2,9 milljarða ára en elsti tvíburinn er 8,2 milljarða ára — sá elsti sem fundist hefur hingað til. Með því að rannsaka HIP 102152 getum við fengið svipmynd af þeirr framtíð sem bíður sólarinnar. Mynd: ESO/M. Kornmesser
  • stjarna, tvíburasystir sólar, HIP 102152Hér sést HIP 102152, tvíburasystir sólar, sem er í um 250 ljósára fjarlægð frá Jörðinni í stjörnumerkinu Steingeitinni. HIP 102152 er líkari sólinni en nokkur önnur tvíburasystir sólar — fyrir utan þá staðreynd að vera nærri fjögur þúsund milljón árum eldri. Hún veitir okkur einstaka innsýn í það hvernig sólin okkar mun líta út þegar hún eldist. Hún er elsta tvíburastjarna sólar sem fundist hefur hingað til. Alþjóðlegur hópur stjörnufræðinga, undir forystu brasilískra stjörnufræðinga, rannsökuðu stjörnuna með Very Large Telescope ESO. Litamuninn á stjörnunni má rekja til þess að stjarnan færðist lítillega á milli þess sem myndirnar voru teknar. Mynd: ESO/Digitized Sky Survey 2. Þakkir: Davide De Martin