Stjarnan sem ætti ekki að vera til

Sævar Helgi Bragason 31. ágú. 2011 Fréttir

Stjörnufræðingar hafa fundið ævaforna og málmsnauða stjörnu sem margir töldu að gæti hreinlega ekki verið til

  • SDSS J102915+172927, ljónið, stjörnur, málmamagn

Hópur evrópskra stjörnufræðinga hefur með hjálp Very Large Telescope (VLT) ESO fundið stjörnu í vetrarbrautinni okkar sem margir töldu að gæti ekki verið til. Stjörnufræðingarnir komust að því að stjarnan er næstum eingöngu úr vetni og helíni og inniheldur önnur frumefni í ótrúlega litlu magni. Þessi efnasamsetning þýðir að stjarnan er á „forboðna svæðinu“ í kenningum um myndun stjarna, hún hefði í raun aldrei átt að geta orðið til. Greint er frá þessum niðurstöðum í nýjasta hefti tímaritsins Nature sem kom út 1. september 2011.

Krakkavæn útgáfa

Mælingar sýna að dauf stjarna sem kallast SDSS J102915+172927 [1] og er í stjörnumerkinu Ljóninu, hefur minnsta magn frumefna sem eru þyngri helíum (það sem stjörnufræðingar kalla málma) af öllum stjörnum sem rannsakaðar hafa verið. Stjarnan er massaminni en sólin okkar en mun eldri, líklega meira en 13 milljarða ára.

„Samkvæmt þeirri kenningu um myndun stjarna sem nýtur mestrar hylli ættu stjörnur á borð við þessa, sem eru bæði málmsnauðar og massalitlar, hreinlega ekki að vera til vegna þess að geimþokurnar sem þær urðu til úr gætu aldrei hafa þjappast saman“ [2] segir Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg í Þýskalandi og Observatoire de Paris í Frakklandi), aðalhöfundur greinar um rannsóknina. „Það kom okkur mjög á óvart að finna í fyrsta sinn stjörnu á þessu „forboðna svæði“ og það þýðir að við verðum að endurskoða sum líkön okkar um myndun stjarna.“

Hópurinn rannsakði stjörnuna með X-shooter og UVES mælitækjunum á VLT [3] sem gerði þeim kleift að mæla magn ýmissa frumefna í stjörnunni. Í ljós kom að í SDSS J102915+172927 er hlutfall málma meira en 20.000 sinnum minna en í sólinni [4][5].

„Stjarnan er dauf og svo málmsnauð að við námum aðeins merki um eitt þyngra frumefni en helíum í fyrstu mælingum okkar, nefnilega kalsíum“ sagði Piercario Bonifacio (Observatoire de Paris í Frakklandi) sem hafi yfirumsjón með mælingunum. „Við urðum að óska eftir meiri tíma í sjónaukanum við framkvæmdarstjóra ESO svo við gætum rannsakað ljós stjörnunnar í meiri smáatriðum og leitað að öðrum efnum með lengri lýsingartíma.“

Heimsfræðingar telja að léttustu frumefnin — vetni og helíum — hafi myndast skömmu eftir Miklahvell auk liþíns í örlitlu magni [6]. Öll önnur frumefni mynduðust síðar innan í stjörnum. Sprengistjörnur dreifa efninu um geiminn og auðga hann af málmum. Úr þessum efnum verða nýjar stjörnur til sem hafa meira málmamagn en eldri stjörnur. Hlutfall málma í stjörnum segir okkur þess vegna til um aldur þeirra.

„Stjarnan sem við rannsökuðum er einstaklega málmsnauð sem þýðir að hún er mjög frumstæð. Hún gæti verið ein elsta stjarna sem fundist hefur“ segir Lorenzo Monaco hjá ESO í Chile sem tók þátt í rannsókninni.

Skortur á liþíni í SDSS J102915+172927 kom einnig mjög á óvart. Svo gömul stjarna ætti að hafa svipaða efnasamsetningu og alheimurinn skömmu eftir Miklahvell en málmamagn hennar ætti að vera örlítið meira. Stjörnufræðingarnir fundu hins vegar út að hlutfall liþíums í stjörnunni var að minnsta kosti fimmtíu sinnum minna en búast mátti við miðað við efnið sem varð til við Miklahvell.

„Við vitum ekki hvernig liþíumið, sem myndaðist skömmu eftir upphaf alheimsins, hvarf í þessari stjörnu“ bætir Bonifacio við.

Stjörnufræðingarnir benda ennfremur á að líklega sé þessi óvenjulega stjarna ekki einstök. „Við höfum fundið nokkrar stjörnur sem gætu haft svipað málmamagn og SDSS J102915+172927, jafnvel minna. Við hyggjumst rannsaka þær með VLT til að kanna hvort svo sé“ segir Caffau að lokum.

Skýringar

[1] Stjarnan var skrásett í Sloan Digital Sky Survey eða SDSS verkefninu. Tölurnar eru hnit stjörnunnar á himinhvolfinu.

[2] Samkvæmt kenningum um myndun stjarna gátu jafn massalitlar stjörnur og SDSS J102915+172927 (um 0,8 sólmassar eða minna) aðeins myndast eftir að sprengistjörnur höfðu auðgað miðgeimsefnið nægilega. Ástæðan er sú að þyngri frumefni verka sem „kæliefni“ sem hjálpa til við að geisla burt varma úr gasskýjum þannig að þau geti fallið saman og myndað stjörnur. Án málmanna yrði hitinn of hár og þyngdartog skýsins of veikt til þess að skýið gæti fallið saman. Ein tilgátan skilgreinir sérstaklega kolefni og súrefni sem kæliefni en í SDSS J102915+172927 er minna kolefni en þyrfti til þess að það hefði kælandi áhrif upphaflega.

[3] X-shooter og UVES eru litrófsritar á VLT — tæki sem skipta ljósi frá fyrirbærum á himninum upp í liti sína og gera stjörnufræðingum kleift að greina nákvæmlega efnasamsetninguna. X-shooter getur tekið greint vítt tíðnibil í litrófi fyrirbæris í einu (frá útfjólubláu yfir í nær-innrautt). UVES stendur fyrir Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph og er litrófsriti með háa upplausn fyrir sýnilegt og útfjólublátt ljós.

[4] Stjarnan HE 1327-2326, sem fannst árið 2005, inniheldur minnst járn af öllum þekktum stjörnum en er kolefnisrík. Stjarnan sem nú var rannsökuð hefur lægsta hlutfall málma þegar öll frumefni þyngri en helíum eru skoðuð.

[5] Sjónaukar ESO hafa leikið veigamikil hlutverk í mörgum uppgötvunum á málmsnauðustu stjörnunum. Í eso0228 og eso0723 má lesa um eldri uppgötvanir en nýja uppgötvunin sýnir að mælingar með sjónaukum ESO hafa leitt stjörnufræðinga skrefi nær því að finna fyrstu kynslóðir stjarna.

[6] Við kjarnasamruna í árdaga alheims mynduðust frumefni með meira en eina róteind skömmu eftir Miklahvell. Þetta gerðist á örskömmum tíma og aðeins mynduðust vetni, helíum og liþíum en engin þyngri frumefni. Miklahvellskenningin spáir því að frumstæðasta efnið hafi verið 75% (miðað við massa) vetni, 25% helíum og liþíum í snefilmagni. Mælingar staðfesta þessi hlutföll.

Frekari upplýsingar

Skýrt er frá rannsókninni í greininni „An extremely primitive halo star“ eftir Caffau et al. sem birtist í tímaritinu Nature sem kom út 1. september 2011.

Í rannsóknahópnum eru Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg [ZAH] í Þýskalandi og GEPI — Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS í Frakklandi [GEPI]), Piercarlo Bonifacio (GEPI), Patrick François (GEPI og Université de Picardie Jules Verne í Amiens í Frakklandi), Luca Sbordone (ZAH, Max-Planck Institut für Astrophysik í Garching í Þýskalandi og GEPI), Lorenzo Monaco (ESO í Chile), Monique Spite (GEPI), François Spite (GEPI), Hans-G. Ludwig (ZAH og GEPI), Roger Cayrel (GEPI), Simone Zaggia (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova á Ítalíu), François Hammer (GEPI), Sofia Randich (INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri í Flórens á Ítalíu), Paolo Molaro (INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste á Ítalíu) og Vanessa Hill (Université de Nice-Sophia Antipolis, Observatoire de la Côte d'Azur, CNRS, Laboratoire Cassiopée í Nice í Frakklandi).

ESO, European Southern Observatory, stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, 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 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 40 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: eson-iceland@eso.org

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
Email: 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
Cell: +33 645 380 509
Email: Piercarlo.Bonifacio@obspm.fr

Dr Lorenzo Monaco
ESO
Santiago, Chile
Tel: +56 2 463 3022
Email: 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
Email: rhook@eso.org

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1132.

Tengdar myndir

  • SDSS J102915+172927, ljónið, stjörnur, málmamagnMælingar sýna að þessi daufa stjarna sem kallast SDSS J102915+172927 og er í stjörnumerkinu Ljóninu, hefur minnsta magn frumefna sem eru þyngri helíum (það sem stjörnufræðingar kalla málma) af öllum stjörnum sem rannsakaðar hafa verið. Hún er massaminni en sólin og líklega yfir 13 milljarða ára. Mynd: ESO/Digitized Sky Survey 2
  • SDSS J102915+172927, ljónið, stjörnur, málmamagnSkífurit sem sýnir efnasamsetningu stjörnunnar SDSS J102915+172927. Stjarnan er næstum eingöngu úr vetni og helíumi og inniheldur sáralítið af þyngri frumefnum. Mynd: ESO/Digitzed Sky Survey 2
  • SDSS J102915+172927, ljónið, stjörnur, málmamagnStaðsetning stjörnunnar SDSS J102915+172927 í stjörnumerkinu Ljóninu. Myndin vinstra megin sýnir stjörnumerkið í heild en sú innfelda sýnir nákvæma staðsetningu stjörnunnar á mynd sem tekin var í Digitized Sky Survey 2 verkefninu. Mynd: ESO/A. Fujii/Digitized Sky Survey 2
  • SDSS J102915+172927, ljónið, stjörnur, málmamagn, litrófLitróf stjörnunnar SDSS J102915+172927 sem útbúið var með X-Shooter mælitækinu á VLT sjónauka ESO. Stjörnufræðingar nota litróf sem þetta til að átta sig á efnasamsetningu stjarna. Mismunandi frumefni hafa ólík fingraför sem birtast sem dökkar rákir á bogadregnu línunum. Þessi aldna stjarna er næstum eingöngu úr vetni og helíumi. Einu merkin um þyngri frumefni eru tvær dökkar línur kalsíums. Mynd: ESO/E. Caffau