Hve mikinn massa þarf til að mynda svarthol?
Stjörnufræðingar reyna á þolmörk kenninga
Sævar Helgi Bragason
18. ágú. 2010
Fréttir
Í fyrsta sinn hafa evrópskir stjörnufræðingar sýnt fram á að segulstjarna varð til úr stjörnu sem var minnst 40 sinnum massameiri en sólin okkar.
Í fyrsta sinn hafa evrópskir stjörnufræðingar sýnt fram á að segulstjarna, sem er óvenjuleg tegund nifteindastjörnu, varð til úr stjörnu sem var minnst 40 sinnum massameiri en sólin okkar. Notuðu þeir til þess Very Large Telescope ESO. Niðurstöðurnar reyna á þolmörk viðtekinna hugmynda er lúta að þróun stjarna, því talið er að svo massamikla stjörnur ættu að enda ævi sína sem svarthol en ekki segulstjörnur. Þetta vekur upp grundvallarspurningu: Hversu massamikil þarf stjarna að vera, til að svarthol myndist úr kjarna hennar?
Stjörnufræðingarnir rannsökuðu stjörnuþyrpinguna Westerlund 1 sem er í 16.000 ljósára fjarlægð í stjörnumerki sem heitir Altarið. Westerlund 1 er nálægasta reginstjörnuþyping sem þekkt er (eso0510). Í henni eru nokkur hundruð mjög massamiklar stjörnur sem sumar hverjar skína álíka skært og milljón sólir og eru allt að tvö þúsund sinnum breiðari en sólin okkar (á stærð við braut Satúrnusar).
„Væri sólin í miðju þessarar forvitnilegu þyrpingar væri næturhimininn fullur af stjörnum sem skinu jafn skært og fullt tungl“ segir Ben Ritchie, aðalhöfundur greinar þar sem niðurstöðurnar eru kunngjörðar.
Westerlund 1 er stórfengleg stjörnuþyrping. Hún inniheldur fjölmargar ólíkar og framandi stjörnur sem eiga þó eitt sameiginlegt: Þær eru allar jafnaldra, á bilinu 3,5 til 5 milljóna ára gamlar, því allar stjörnurnar í þyrpingunni mynduðust úr sömu þokunni á sama tíma.
Segulstjarna (eso0831) er sérstök tegund nifteindastjörnu með einstaklega sterkt segulsvið, um þúsund milljón milljón sinnum sterkara en jörðin. Segulstjarnan varð til þegar stjarna sprakk. Í Westerlund 1 er ein af sárafáum segulstjörnum sem vitað er um í Vetrarbrautinni okkar. Stjörnufræðingarnir gátu fundið út, þökk sé heimkynnum hennar í þyrpingunni, að segulstjarnan hlýtur að hafa orðið til úr stjörnu sem var í upphafi að minnsta kosti 40 sinnum massameiri en sólin okkar.
Stjörnurnar í Westerlund 1 eru jafnaldra. Því hlýtur stjarnan sem sprakk og skildi eftir sig segulstjörnuna að hafa verið skammlífari en stjörnurnar sem enn eru í þyrpingunni. „Bein tengsl eru milli massa stjörnu og ævilengdar hennar. Því þyngri sem stjarnan er, því skemmri er ævi hennar. Ef við getum mælt massa einhverrar stjörnu, sem enn er í þyrpingunni, vitum við að skammlífari stjarnan, sem endaði sem segulstjarna, hlýtur að hafa verið enn massameiri“ segir Simon Clark, meðhöfundur greinarinnar og forsprakki rannsóknahópsins. „Þetta er mjög mikilvægt því ekki er til nein viðtekin kenning um hvernig svo segulmögnuð fyrirbæri myndast.“
Stjörnufræðingarnir rannsökuðu þess vegna stjörnur í myrkvatvístirnakerfi sem heitir W13 í Westerlund 1. Með því að fylgjast með hreyfingum stjarnanna tveggja er hægt að mæla massa þeirra með beinum hætti.
Í ljós kom að stjarnan, sem varð segulstjarna, hlýtur að hafa verið að minnsta kosti 40 sinnum massameiri en sólin. Sýnir þetta í fyrsta sinn að segulstjörnur geta orðið til úr stjörnum sem í upphafi voru svo massamiklar að þær hefðu átt að enda sem svarthol. Hingað til hefur verið talið að stjörnur með milli upphafsmassa milli 10 til 25 sólmassar yrðu nifteindastjörnur og þær sem væru meira en 25 sólmassar svarthol.
„Þessar stjörnur hljóta að hafa losað sig við meira en 90% massa síns áður en þær sprungu, ella hefðu þær myndað svarthol“ segir Ignacio Negueruela, einn af meðhöfundum greinarinnar. „Svo ofsafengið massatap stjörnu áður en hún springur vekur upp spurningar um kenningar sem skýra þróun stjarna.“
„Þessi uppgötvun vekur meðal annars upp þá spurningum hve massamikil stjarna þarf að vera til að hrynja saman og mynda svarthol ef stjörnur sem eru meira en 40 sinnum þyngri en sólin gera það ekki“ segir Norbert Langer, annar meðhöfundur greinarinnar.
Stjörnufræðingarnir telja að forsprengið, stjarnan sem endaði sem segulstjarna, hafi orðið til með annarri stjörnu. Þegar báðar stjörnurnar þróuðust varð gagnverkun milli þeirra. Orkan sem hlaust frá brautarhreyfingum þeirra jók útkast efnis frá forsprenginu. Engin stjarna er sjáanleg þar sem segulstjarnan er nú, ef til vill vegna þess að við sprenginguna hafi hin stjarnan skotist á ógnarhraða út úr þyrpingunni.
„Sé þetta rétt bendir þetta til þess að tvístirni leiki lykilhlutverk í þróun stjarna. Þau knýja áfram massatap – megrunarátak alheims fyrir þungavigtarstjörnur sem losar meira en 95% af upphafsmassa þeirra“ segir Clark.
Skýringar
[1] Sænski stjörnufræðingurinn Bengt Westerlund uppgötvaði lausþyrpinguna Westerlund 1 þegar hann var við störf í Ástralíu árið 1961. Hann varð síðar framkvæmdastjóri ESO í Chile (1970-74). Þyrpingin er á bak við risastórt gas- og rykský sem dregur í sig stóran hluta af því sýnilega ljósi sem frá henni stafar. Deyfingin er meira en 100.000 föld. Þess vegna hefur það tekið stjörnufræðinga svo langan tíma að átta sig á eðli þyrpingarinnar.
Westerlund 1 gerir okkur kleift að rannsaka jaðarstjörnur sem þessar, sem er einstakt. Hún nýtist við smíði kenninga um það hvernig massamestu stjörnur Vetrarbrautarinnar lifa og deyja. Rannsóknir stjörnufræðinga sýna að þyrpingin inniheldur líklega ekki minna en 100.000 sinnum meiri massa en sólin okkar en allar stjörnurnar í henni eru á svæði sem er innan við 6 ljósár í þvermál. Westerlund 1 er þar af leiðandi massamesta unga og þétta stjörnuþyrping sem þekkt er í Vetrarbrautinni okkar.
Allar þær stjörnur sem hafa verið rannsakaðar í Westerlund 1 hingað til eru minnst 30 til 40 sinnum massameiri en sólin. Svo massamiklar stjörnur lifa fremur stutt á stjarnfræðilegan mælikvarða. Því hlýtur Westerlund 1 að vera mjög ung þyrping, einhvers staðar á bilinu 3,5 til 5 milljónir ára. Westerlund 1 er hvítvoðungur í Vetrarbrautinni okkar.
Frekari upplýsingar
Rannsóknirnar sem kynntar eru í þessari fréttatilkynningu ESO birtast fljótlega í tímaritinu Astronomy and Astrophysics („A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: II Dynamical constraints on magnetar progenitor masses from the eclipsing binary W13“ eftir B. Ritchie et al.). Sami hópur birti fyrstu niðurstöður rannsókna á þessu fyrirbæri árið 2006 („A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1“ eftir M.P. Muno et al., Astrophysical Journal, 636, L41).
Hópurinn samanstendur af Ben Ritchie og Simon Clark (The Open University, Bretlandi), Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Spáni) og Norbert Langer (Universität Bonn, Þýskalandi og Universiteit Utrecht, Hollandi).
Stjörnufræðingarnir notuðu FLAMES mælitækið í Very Large Telescope ESO á Paranal í Chile til að rannsaka stjörnurnar í stjörnuþyrpingunni Westerlund 1.
ESO, European Southern Observatory, stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 14 landa: Austurríkis, Belgíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO 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 VISTA, stærsta kortlagningarsjónauka (survey telescope) veraldar. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 42 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
- Greinin: w13_v3.pdf
- Frekari upplýsingar: Black Hole Press Kit
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Cell: +354-896-1984
Email: [email protected]
Simon Clark
The Open University
UK
Tel: +44 207 679 4372
Email: [email protected]
Ignacio Negueruela
Universidad de Alicante
Alicante, Spain
Tel: +34 965 903400 ext 1152
Email: [email protected]
Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal and E-ELT Press Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Email: [email protected]
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1034.
Hve mikinn massa þarf til að mynda svarthol?
Stjörnufræðingar reyna á þolmörk kenninga
Sævar Helgi Bragason 18. ágú. 2010 Fréttir
Í fyrsta sinn hafa evrópskir stjörnufræðingar sýnt fram á að segulstjarna varð til úr stjörnu sem var minnst 40 sinnum massameiri en sólin okkar.
Í fyrsta sinn hafa evrópskir stjörnufræðingar sýnt fram á að segulstjarna, sem er óvenjuleg tegund nifteindastjörnu, varð til úr stjörnu sem var minnst 40 sinnum massameiri en sólin okkar. Notuðu þeir til þess Very Large Telescope ESO. Niðurstöðurnar reyna á þolmörk viðtekinna hugmynda er lúta að þróun stjarna, því talið er að svo massamikla stjörnur ættu að enda ævi sína sem svarthol en ekki segulstjörnur. Þetta vekur upp grundvallarspurningu: Hversu massamikil þarf stjarna að vera, til að svarthol myndist úr kjarna hennar?
Stjörnufræðingarnir rannsökuðu stjörnuþyrpinguna Westerlund 1 sem er í 16.000 ljósára fjarlægð í stjörnumerki sem heitir Altarið. Westerlund 1 er nálægasta reginstjörnuþyping sem þekkt er (eso0510). Í henni eru nokkur hundruð mjög massamiklar stjörnur sem sumar hverjar skína álíka skært og milljón sólir og eru allt að tvö þúsund sinnum breiðari en sólin okkar (á stærð við braut Satúrnusar).
„Væri sólin í miðju þessarar forvitnilegu þyrpingar væri næturhimininn fullur af stjörnum sem skinu jafn skært og fullt tungl“ segir Ben Ritchie, aðalhöfundur greinar þar sem niðurstöðurnar eru kunngjörðar.
Westerlund 1 er stórfengleg stjörnuþyrping. Hún inniheldur fjölmargar ólíkar og framandi stjörnur sem eiga þó eitt sameiginlegt: Þær eru allar jafnaldra, á bilinu 3,5 til 5 milljóna ára gamlar, því allar stjörnurnar í þyrpingunni mynduðust úr sömu þokunni á sama tíma.
Segulstjarna (eso0831) er sérstök tegund nifteindastjörnu með einstaklega sterkt segulsvið, um þúsund milljón milljón sinnum sterkara en jörðin. Segulstjarnan varð til þegar stjarna sprakk. Í Westerlund 1 er ein af sárafáum segulstjörnum sem vitað er um í Vetrarbrautinni okkar. Stjörnufræðingarnir gátu fundið út, þökk sé heimkynnum hennar í þyrpingunni, að segulstjarnan hlýtur að hafa orðið til úr stjörnu sem var í upphafi að minnsta kosti 40 sinnum massameiri en sólin okkar.
Stjörnurnar í Westerlund 1 eru jafnaldra. Því hlýtur stjarnan sem sprakk og skildi eftir sig segulstjörnuna að hafa verið skammlífari en stjörnurnar sem enn eru í þyrpingunni. „Bein tengsl eru milli massa stjörnu og ævilengdar hennar. Því þyngri sem stjarnan er, því skemmri er ævi hennar. Ef við getum mælt massa einhverrar stjörnu, sem enn er í þyrpingunni, vitum við að skammlífari stjarnan, sem endaði sem segulstjarna, hlýtur að hafa verið enn massameiri“ segir Simon Clark, meðhöfundur greinarinnar og forsprakki rannsóknahópsins. „Þetta er mjög mikilvægt því ekki er til nein viðtekin kenning um hvernig svo segulmögnuð fyrirbæri myndast.“
Stjörnufræðingarnir rannsökuðu þess vegna stjörnur í myrkvatvístirnakerfi sem heitir W13 í Westerlund 1. Með því að fylgjast með hreyfingum stjarnanna tveggja er hægt að mæla massa þeirra með beinum hætti.
Í ljós kom að stjarnan, sem varð segulstjarna, hlýtur að hafa verið að minnsta kosti 40 sinnum massameiri en sólin. Sýnir þetta í fyrsta sinn að segulstjörnur geta orðið til úr stjörnum sem í upphafi voru svo massamiklar að þær hefðu átt að enda sem svarthol. Hingað til hefur verið talið að stjörnur með milli upphafsmassa milli 10 til 25 sólmassar yrðu nifteindastjörnur og þær sem væru meira en 25 sólmassar svarthol.
„Þessar stjörnur hljóta að hafa losað sig við meira en 90% massa síns áður en þær sprungu, ella hefðu þær myndað svarthol“ segir Ignacio Negueruela, einn af meðhöfundum greinarinnar. „Svo ofsafengið massatap stjörnu áður en hún springur vekur upp spurningar um kenningar sem skýra þróun stjarna.“
„Þessi uppgötvun vekur meðal annars upp þá spurningum hve massamikil stjarna þarf að vera til að hrynja saman og mynda svarthol ef stjörnur sem eru meira en 40 sinnum þyngri en sólin gera það ekki“ segir Norbert Langer, annar meðhöfundur greinarinnar.
Stjörnufræðingarnir telja að forsprengið, stjarnan sem endaði sem segulstjarna, hafi orðið til með annarri stjörnu. Þegar báðar stjörnurnar þróuðust varð gagnverkun milli þeirra. Orkan sem hlaust frá brautarhreyfingum þeirra jók útkast efnis frá forsprenginu. Engin stjarna er sjáanleg þar sem segulstjarnan er nú, ef til vill vegna þess að við sprenginguna hafi hin stjarnan skotist á ógnarhraða út úr þyrpingunni.
„Sé þetta rétt bendir þetta til þess að tvístirni leiki lykilhlutverk í þróun stjarna. Þau knýja áfram massatap – megrunarátak alheims fyrir þungavigtarstjörnur sem losar meira en 95% af upphafsmassa þeirra“ segir Clark.
Skýringar
[1] Sænski stjörnufræðingurinn Bengt Westerlund uppgötvaði lausþyrpinguna Westerlund 1 þegar hann var við störf í Ástralíu árið 1961. Hann varð síðar framkvæmdastjóri ESO í Chile (1970-74). Þyrpingin er á bak við risastórt gas- og rykský sem dregur í sig stóran hluta af því sýnilega ljósi sem frá henni stafar. Deyfingin er meira en 100.000 föld. Þess vegna hefur það tekið stjörnufræðinga svo langan tíma að átta sig á eðli þyrpingarinnar.
Westerlund 1 gerir okkur kleift að rannsaka jaðarstjörnur sem þessar, sem er einstakt. Hún nýtist við smíði kenninga um það hvernig massamestu stjörnur Vetrarbrautarinnar lifa og deyja. Rannsóknir stjörnufræðinga sýna að þyrpingin inniheldur líklega ekki minna en 100.000 sinnum meiri massa en sólin okkar en allar stjörnurnar í henni eru á svæði sem er innan við 6 ljósár í þvermál. Westerlund 1 er þar af leiðandi massamesta unga og þétta stjörnuþyrping sem þekkt er í Vetrarbrautinni okkar.
Allar þær stjörnur sem hafa verið rannsakaðar í Westerlund 1 hingað til eru minnst 30 til 40 sinnum massameiri en sólin. Svo massamiklar stjörnur lifa fremur stutt á stjarnfræðilegan mælikvarða. Því hlýtur Westerlund 1 að vera mjög ung þyrping, einhvers staðar á bilinu 3,5 til 5 milljónir ára. Westerlund 1 er hvítvoðungur í Vetrarbrautinni okkar.
Frekari upplýsingar
Rannsóknirnar sem kynntar eru í þessari fréttatilkynningu ESO birtast fljótlega í tímaritinu Astronomy and Astrophysics („A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: II Dynamical constraints on magnetar progenitor masses from the eclipsing binary W13“ eftir B. Ritchie et al.). Sami hópur birti fyrstu niðurstöður rannsókna á þessu fyrirbæri árið 2006 („A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1“ eftir M.P. Muno et al., Astrophysical Journal, 636, L41).
Hópurinn samanstendur af Ben Ritchie og Simon Clark (The Open University, Bretlandi), Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Spáni) og Norbert Langer (Universität Bonn, Þýskalandi og Universiteit Utrecht, Hollandi).
Stjörnufræðingarnir notuðu FLAMES mælitækið í Very Large Telescope ESO á Paranal í Chile til að rannsaka stjörnurnar í stjörnuþyrpingunni Westerlund 1.
ESO, European Southern Observatory, stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 14 landa: Austurríkis, Belgíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO 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 VISTA, stærsta kortlagningarsjónauka (survey telescope) veraldar. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 42 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Cell: +354-896-1984
Email: [email protected]
Simon Clark
The Open University
UK
Tel: +44 207 679 4372
Email: [email protected]
Ignacio Negueruela
Universidad de Alicante
Alicante, Spain
Tel: +34 965 903400 ext 1152
Email: [email protected]
Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal and E-ELT Press Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Email: [email protected]
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1034.