01.01.20: Stjernen Eta Carinae i stjernebildet Kjølen på den sydlige himmelhalvkule er en av de mest ekstreme, masserike, lyssterke og mystiske stjernene i Melkeveien. Selv om Eta Carinae befinner seg hele 7500 lysår fra Jorden, var monsterstjernen himmelens nest mest lyssterke på 1840-tallet i forbindelse med et voldsomt og svært langvarig utbrudd. I flere tiår har forskerne forsøkt å forklare den spektakulære og merkelige aktiviteten, men nye observasjoner har gjort det nødvendig å tenke helt nytt.
av Knut Jørgen Røed Ødegaard
Den ekstreme stjernen Eta Carinae og dens spektakulære omgivelser dannet av gass stjernen har blåst av seg. De store gassboblene skyldes et enormt utbrudd på 1840-tallet.
Foto: NASA, ESA, N. Smith (University of Arizona) and J. Morse (BoldlyGo Institute)
Eta Carinae har vist seg i virkeligheten å være to stjerner som sirkler rundt et felles massesentrum og til sammen sender ut 5 millioner ganger mer lys enn Solen. Siden objektet både har stor masse, er svært energirik og oppfører seg uvanlig, har det tiltrukket seg mye oppmerksomhet fra forskere. Flere teorier har forsøkt å forklare fenomenet:
Supernova?
På grunn av stjernens enorme lysstyrke under utbruddet på 1840-tallet, kunne det være tale om en supernova-eksplosjon – en eksplosjon som sprenger i filler en masserik stjerne og kun etterlater en liten, superkompakt rest. Men utbruddets eksepsjonelle varighet (startet i 1937 og nådde maksimum i mars 1843 samt andre egenskaper ved hendelsen) utelukker dette. Supernovaer kan holde seg lyssterke i noen måneder, og i sjeldnere tilfeller over et år, men ikke gjennom mange år slik som i dette tilfellet.
Krabbetåken er et eksempel på en gass-sky dannet av en tung stjerne som eksploderte som supernova. Supernovaen ble observert i år 1054, men den ekspanderende gass-skyen ble først synlig med moderne instrumenter.
Foto: ESO
Ustabil stjerne ved massegrense?
En annen teori har vært at Eta Carinae er en svært masserik stjerne som har brukt opp hydrogen-brenselet i kjernen og dermed nådd en rask utviklingsfase. Stjerner som er dannet med mer enn 40–60 ganger Solens masse vil rekke å fusjonere alt hydrogenet i kjernen til helium på rundt 3 millioner år (tilsvarende fase varer 10 milliarder år for sollignende stjerner). Deretter trekker kjernen seg sammen mens de ytre lagene forsøker å ese kraftig. Men den enorme lysstyrken til slike tunge stjerner gjør at de ytre lagene blir ustabile og flerres av i voldsomme utbrudd. Fenomenet kalles en Lyssterk Blå Variabel (LBV) og har de siste 20 årene vært en vanlig forklaring på Eta Carinae.
Et avslørende ekko
Detaljerte observasjoner av stjernens omgivelser har gitt helt ny informasjon om hva som kan ha skjedd for rundt 170 år siden. Omgivelsene til Eta Carinae lar forskerne indirekte reise 170 år tilbake i tid for å kunne se hva som skjedde. Eta Carinae sender og sendte ut lys i alle retninger. Det betyr at lys som er sendt i andre retninger enn mot oss, lyser opp skyer av støv og gass som befinner seg mellom stjernene, det vil si i interstellart rom. Siden dette lyset beveger seg en omvei for å komme til oss, tar det lengre tid, og vi kan dermed se tilbake i tid. Fenomenet kalles et lysekko.
Slik oppstår lysekko. Lyset som følger bane B og C beveger seg lenger enn den korteste veien (A) og kommer derfor sist frem til oss.
Illustrasjon: Wikipedia
Når forskerne nå studerer lysekkoet fra utbruddet i 1840-årene, ser de overraskende nok stoff som farer vekk fra Eta Carinae med enorme og rekordartede hastigheter – hele 20 ganger raskere enn ventet ut i fra dagens forklaringsmodell. De observerte hastighetene tilsvarer de største hastighetene til gass som blåses bort fra en supernova og ikke de rolige bevegelsene som ventes fra en svært masserik stjerne i dens LBV-fase.
En tredje stjerne
En ny teori forklarer hendelsen ved hjelp av en tredje stjerne. Opprinnelig har det antagelig vært tre tunge og masserike stjerner som har kjempet en langvarig «kamp» ved hjelp av sine intense tyngdekrefter. Den ene stjernen ble ødelagt og etterlot de to stjernene som nå utgjør et binærsystem. Dragkampen kulminerte med en voldsom eksplosjon da Eta Carinae slukte en av sine to ledsagere og blåste mer enn 10 ganger Solens masse ut i rommet. Utblåsningen forårsaket de to gigantiske gassboblene som ses på bilder tatt i våre dager.
Forskningen er utført av en gruppe ledet av Nathan Smith ved University of Arizona i Tucson, Arizona og Armin Rest ved Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland.
Lysekkoene ble oppdaget på bilder tatt med synlig lys etter 2003. Spektroskopiske undersøkelser avslører at hastigheten til den ekspanderende gassen er over 32 millioner km/t – raskt nok til å tilbakelegge en avstand tilsvarende Jorden–Pluto på noen få dager.
Den enkleste måten å forklare at gassen har så enorm hastighet samtidig som stjernen overlevde, er at en sjokkbølge har beveget seg ut av stjernen og akselerert stoffet i de ytre lagene til svært høye hastigheter. En slik sjokkbølge kan bare oppstå som følge av en voldsom hendelse som har tilført Eta Carinae akkurat nok energi.
En mulig forklaring er en sammensmeltning mellom to stjerner, men det har vært vanskelig å finne et scenario som kan fungere og som passer med alle observasjonene av den mystiske stjernen. Forskergruppen foreslår at den enkleste forklaringen er en vekselvirkning mellom tre stjerner som utveksler masse.
Et nytt scenario for det episke utbruddet på Eta Carina i 1840-årene. Se nærmere forklaring nedenfor.
Illustrasjon: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
1. Eta Carinae var opprinnelig et trippelstjernesystem. To tunge og energirike stjerner (A og B) i systemet gikk i bane tett på hverandre og en tredje komponent (C) gikk i bane mye lenger unna.
2. Da stjernen med størst masse (A) nærmet seg slutten av livet, begynte den å ese og dumpet mesteparten av massen på den litt mindre ledsageren (B).
3. Ledsageren (B) vokste til omtrent 100 ganger Solens masse og ble ekstremt lyssterk. Ved at stjerne A ga fra seg masse, slanket den seg til 30 solmasser, mistet sitt ytre lag av hydrogen og fikk dermed blottlagt den glohete heliumkjernen. Stjerner med slike eksponerte heliumkjerner har kommet langt i utviklingen og observeres som såkalte Wolf-Rayet-stjerner (WR-stjerner). Masseoverføringen endret massebalansen i systemet, og heliumkjerne-stjernen fjernet seg fra sitt monstersøsken.
4. WR-stjernen vekselvirket deretter med tyngdekreftene til den ytterste stjernen (C) og trakk denne også inn i striden. De to stjernene byttet plass, og den ytterste stjernen ble dyttet innover. 5. Mens stjerne C beveget seg innover, vekselvirket den med sitt svært masserike søsken og dannet en gass-skive rundt denne kjempestjernen.
6. Til slutt smeltet stjerne C sammen med den mest masserike stjernen og forårsaket en eksplosiv hendelse som dannet de to ekspanderende boblene med gass som ble blåst bort fra kjempestjernen. I mellomtiden gikk den overlevende ledsageren (A) inn i en avlang bane rundt den sammensmeltede monsterstjernen slik at systemet endte opp slik det observeres i dag. Det er ikke mulig å se ledsageren tydelig fordi den drukner i lyset fra sin langt mer lyssterke partner, men hvert 5,5 år passerer ledsageren gjennom kjempestjernens ytre atmosfærelag og forårsaker sjokkbølger som sender ut observerbar røntgenstråling.
En bedre forståelse av fysikken bak Eta Carinae-fenomenet kan kaste lys over de kompliserte vekselvirkningene til binære og multiple stjerner som igjen er nødvendig for å forstå utviklingen og dødsprosessene til masserike stjerner.
Filmen viser hvordan det merkelige og spektakulære Eta Carinae-systemet kan ha oppstått.
Film: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
Nærbilde av de enorme gasskyene rundt Eta Carinae slik de fremstår i dag.
Foto: Nathan Smith (University of California, Berkeley), and NASA
Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!
MER INFORMASJON
Nyhetssak fra University of Arizona
Nyhetssak fra STScI
AstronomyNow: Going out with a bang, not a whimper, Eta Carinae continues to amaze