Forsiden Romvirksomhet Solsystemet Exoplaneter Liv i rommet Himmelbegivenheter Interstellare ferder
Artikkelarkiv Astroshow og foredrag For skoler Astrobutikken Linker Om oss


Skarpeste bilde noen gang av den mest masserike stjernen vi kjenner!


16.10.22: Vi har i sommer fått de første fantastiske bildene fra det nye romteleskopet James Webb, men også fra bakken kan det tas sylskarpe astronomiske bilder. Et teleskop i Chile har tatt bilder av den mest masserike stjernen vi kjenner i Universet og med en skarphet som er enda bedre enn Webb-teleskopet kan klare! Observasjonene viser også at stjernen kan ha litt mindre masse enn antatt og er svært viktige for å forstå Universets mest masserike og energirike stjerner.

av Knut Jørgen Røed Ødegaard

 

Den mest masserike stjernen som hittil er funnet befinner seg i midten av kjernen til Tarantelltåken i Den store magellanske sky. Ved hjelp av Zorro-kameraet på det 8,1 meter store Gemini South-teleskopet i Chile har forskerne fått det skarpeste bildet noen gang av denne stjernen. Bildet utfordrer vår forståelse av de meste masserike stjernene og tyder på at disse ikke har fullt så stor masse som hittil antatt.
Foto: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA Acknowledgment: Image processing: T.A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF’s NOIRLab), M. Zamani (NSF’s NOIRLab) & D. de Martin (NSF’s NOIRLab) 


Stjernene med aller størst masse har stor betydning både fordi de produserer svært store mengder med tyngre grunnstoffer, endrer miljøet lokalt i vertsgalaksene, forårsaker spektakulære og dramatiske fenomener og hjelper oss å studere ekstremt fjerne galakser.


Berømt og omdiskutert stjerne

Akkurat den stjernen som er observert av kjempeteleskopet i Chile har en lang historie innenfor forskningen på masserike stjerner. Den store magellanske sky - en satellittgalakse som går i bane rundt Melkeveien - er hjemstedet for ganske intens stjernedannelse i form av store stjernefabrikker der gass omdannes til et stort antall stjerner. Mange av disse har stor masse og lysstyrke.

Tarantelltåken er den største og mest spektakulære stjernefabrikken og inneholder mange masserike stjerner, blant annet den som opprinnelig fikk betegnelsen R136. Noen mente dette kunne være en stjerne med superstor masse, kanskje så mye som 2000 solmasser. Siden avstanden er rundt 160 000 lysår, kreves store teleskoper for å undersøke slike objekter i detalj, og nye observasjoner viste i 1985 at det var snakk om en usedvanlig tett samling med stjerner og ikke en enkeltstjerne.

I denne superhopen kjenner vi i dag 72 O-stjerner og Wolf-Rayet-stjerner innenfor 16 lysår fra sentrum av hopen. R136 regnes derfor som et såkalt starburst-område der det har foregått, eller fortsatt foregår, intens stjernedannelse.

Men den mest fremtredende av disse, R136a1, ser fortsatt ut til å ha usedvanlig stor masse og er trolig den mest masserike stjernen vi kjenner i Universet (men den overgås trolig av mange uoppdagede stjerner i fjernere galakser). Interessant nok fant forskerne snart ut at stjerner ikke kan ha så stor masse som mange hundre eller flere tusen ganger Solens masse i dagens univers, men forskningen på stjerner med flere tusen solmasser har likevel nylig fått fornyet oppmerksomhet fordi de kan forklare hvordan de superstore sorte hullene i galaksekjernene oppsto i Universets barndom.

Bilde av den spektakulære Tarantelltåken tatt med Webb-teleskopet sommeren 2022.
Foto: ASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team


Skarpere enn skarpest

Ved å utnytte mulighetene til det 8,1 meter store Gemini South-teleskopet, som er del av International Gemini Observatory, har en forskergruppe klart å ta det skarpeste bildet noen gang av R136a1. Observasjonene utfordrer vår forståelse av de mest masserike stjernene og tyder på at de ikke har fullt så stor masse som antatt frem til nå.

Forskerne forstår fortsatt ikke fullt ut hvordan stjerner med mer enn 100 ganger Solens masse dannes. Det er spesielt utfordrende å fotografere disse gigantene som ofte klumper seg sammen i de tettpakkede hjertene av støvete stjernehoper. Slike stjerner har også svært korte liv sammenlignet med stjerner med mindre masse og bruker opp energireservene på bare noen få millioner år. Til sammenligning bruker Solen 10 milliarder år på å gå tom for drivstoff i kjernen. Kombinasjonen av tettpakkede stjernehoper, korte levetider og enorme astronomiske avstander gjør det særdeles utfordrende å skille enkeltstjerner i tette klynger.

Ved å utnytte mulighetene til Zorro-instrumentet på Gemini South-teleskopet klarte forskergruppen å ta det skarpeste bildet noen gang av R136a1 som er medlem av det som nå er kjent som stjernehopen R136 som er kjerneklyngen av stjerner i stjernehopen NGC 2070 som igjen er i kjernen av Tarantelltåken.

Superstjernehopen R136 fotografert med romteleskopet Hubble. R136 befinner seg nær kjernen av 30 Doradus-tåken, også kjent som Tarantelltåken eller NGC 2070.
Foto: NASA, ESA, F. Paresce (INAF-IASF, Bologna, Italy), R. O'Connell (University of Virginia, Charlottesville), and the Wide Field Camera 3 Science Oversight Committee


Tidligere observasjoner tydet på at R136a1 har mellom 250 og 320 ganger Solens masse. De nye observasjonene tyder imidlertid på at massen kun er mellom 170 og 230 solmasser, men selv med dette lavere estimatet er R136a1 den mest masserike stjernen vi kjenner.

Massen blir beregnet ved å sammenligne observert lysstyrke og temperatur med teoretiske forutsigelser. Zorro-bildet var så skarpt at det gjorde det mulig for forskergruppen å måle lysstyrken til R136a1 mer nøyaktig uten å få med lys fra de nærmeste nabostjernene. Dette ga en lavere lysstyrke og dermed et lavere masseestimat (lysstyrken til en stjerne øker kraftig med økende masse).

Massen til Universets aller mest masserike stjerner har stor betydning for hvordan grunnstoffer tyngre enn helium har oppstått. Disse grunnstoffene er dannet i masserike stjerner og under stjerneeksplosjoner, men en spesielt interessant dannelsesmekanisme er gjennom såkalte par-instabilitets-supernovaer. Stjerner med aller størst masse, over ca. 150 solmasser, er antatt å gjennomgå slike eksplosjoner pga. kombinasjonen av høy temperatur og relativt lav tetthet. Dersom R136a1 har mindre ekstrem masse enn hittil antatt, kan det samme være tilfelle med andre masserike stjerner, og dermed kan par-instabilitets-supernovaer forekomme sjeldnere enn forventet.

Selv om disse stjernene er svært sjeldne i antall, har de stor betydning siden kun én par-instabilitets-supernova forårsaket av en stjerne med 300 solmasser ville produsere og frigjøre mer tunge grunnstoffer enn alle de mindre masserike stjernene av samme generasjon til sammen! Disse objektene kan derfor fullstendig endre vår forståelse av hvordan den kjemiske utviklingen i galaksene foregår.

Sammenligning mellom størrelsen til røde dvergstjerner, sollignende stjerner, «normale» blå og masserike stjerner og R136a1.
Illustrasjon: ESO/M. Kornmesser


Stjernehopen som huser R136a1 har tidligere blitt observert med romteleskopet Hubble og en rekke bakkebaserte teleskoper, men ingen av disse kunne har vært i stand til å ta bilder som er skarpe nok til å plukke ut alle enkeltstjernene i vertshopen.

Oppløsningsevnen til et teleskop (hvor skarpe bilder de kan ta) er avhengig av størrelsen på teleskopet. Siden det 8,1 meter store Gemini South-teleskopet er større enn det 6,5 meter store romteleskopet James Webb skulle det også kunne klare å ta skarpere bilder. Men slik er det i utgangspunktet ikke siden bakkebaserte teleskop blir sterkt forstyrret av atmosfæren, noe som gir uskarpe bilder. Dette er grunnen til at forskerne har brukt 100 milliarder kroner på å sende Webb-teleskopet ut i rommet!

Ved hjelp av avanserte metoder er det imidlertid mulig å motvirke de atmosfæriske forstyrrelsene, og det har vært avgjørende i dette tilfellet. Forskerne benyttet blant annet såkalt speckle imaging der det tas tusenvis av enkeltbilder med kort eksponeringstid av relativt lyssterke objekter som gjør at man med datakraft kan fjerne effektene av atmosfæreforstyrrelsene. I tillegg kan såkalt adaptiv optikk benyttes der selve formen på teleskopets hovedspeil tilpasses atmosfæreforholdene mange ganger i sekundet for å oppnå helt skarpe bilder. I løpet av 40 minutter tok forskerne i dette tilfellet hele 40 000 enkeltbilder, hvert med eksponeringstid på 60 millisekunder. I løpet av 60 millisekunder rekker ikke atmosfæren å endre seg og å forårsake uskarpheter. Oppløsningen på bildet er 30–40 millibuesekunder.


Usikre modeller

Forskerne er usikre på hvordan masserike, og spesielt de aller meste masserike, stjernene utvikler seg. Disse stjernene er såpass ekstreme og utvikler seg så raskt, at de fortsatt er innhyllet i gassen og støvet de er dannet fra når de tennes. Vi har derfor fortsatt ikke kunnet gjøre ordentlige observasjoner av helt unge og nydannede stjerner med virkelig stor masse.

Selve utviklingen til disse stjernene kan preges av rask rotasjon, intenst massetap, sammensmeltninger med andre stjerner (og kraftige magnetfelt som kan oppstå som følge av dette) og ikke minst en lang rekke fysiske fenomener som opptrer i det indre av masserike, roterende stjerner.

Detaljerte observasjoner av denne typen stjerner er derfor påkrevet, og det er store forventninger til James Webb-teleskopet, men det er svært nyttig at minst like gode observasjoner i noen tilfeller (når objektene er tilstrekkelig lyssterke) kan gjøres fra bakken!

Ved hjelp av fototeknikkene nevnt over samt avansert billedbehandling, har forskerne oppnådd en dramatisk forbedring i skarphet og klarere bilder enn det som er mulig for romtelesopet Hubble og til og med for det nye romteleskopet James Webb!

Dette sammenligningsbildet viser den eksepsjonelle skarpheten og klarheten til Zorro-kameraet på det 8,1 meter store Gemini South-teleskopet (venstre) sammenlignet med et bilde som er tatt tidligere med romteleskopet Hubble (høyre). Gemini South-bildet gjør det mulig å skille stjernen R136a1 fra sine nære nabostjerner.
International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA Acknowledgment: Image processing: T.A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF’s NOIRLab), M. Zamani (NSF’s NOIRLab) & D. de Martin (NSF’s NOIRLab); NASA/ESA Hubble Space Telescope 


Hvor stor masse kan stjerner få?

Stjernene med største masse har største lysstyrke, mest energi og produserer enorme mengder av en del grunnstoffer. Men hvor stor masse stjerner kan ha har over en periode på flere tiår, vært sterkt omdiskutert. Opprinnelig brukte man teoretiske argumenter og enkle beregninger som sa at grensen var 60 solmasser. Etter at en lang rekke stjerner med vesentlig større masse var blitt oppdaget, var det klart at grensen måtte være større.

Problemet er altså at vi ikke klarer å observere hvordan masserike stjerner blir til, og mye tyder på at de meste masserike stjernene ofte har blitt til gjennom sammensmeltning av to stjerner. Da er spørsmålet hvor masse en stjerne kan bli født med på normal måte – altså ved at gasskyer trekker seg sammen.

Det er en sterk kobling mellom massen og lysstyrken til en stjerne, og masserike stjerner kan sende ut flere millioner ganger mer energi enn Solen. Stjerner med stor masse har også kraftig påvirkning på vertsgalaksene fordi de pøser ut store mengder energirik stråling, og når de eksploderer som supernovaer slynges enorme mengder med nydannede tunge grunnstoffer ut i rommet. Disse stoffene vil bli del av nye generasjoner stjerner og planeter som da får en annen kjemisk sammensetning enn de foregående generasjonene. Masserike stjerner kan derfor ha avgjørende betydning for galaksenes utvikling.

Men masserike stjerner er ikke bare vanskelige å observere når de blir til. For at stjerner skal få stor masse, må de dannes i ekstremt store, tette og masserike gass- og støvskyer, gjerne med over 10 000 solmasser. Det betyr at svært mange masserike stjerner blir sannet samtidig og vil danne tette hoper. Det er også tilfellet med R136 som er et unikt eksempel på en type superhoper som antas å ha vært langt vanligere i Universets barndom. Med en avstand på «kun» 160 000 lysår og ikke over 10 milliarder lysår, gir R136 oss en unik mulighet for å observere et svært viktig fenomen. Men det er da nødvendig med ekstremt høyoppløselige bilder for å klare å skille enkeltstjernene fra hverandre og foreløpig er det kun i hopen R136 vi har mulighet for å klare dette.



Zoom inn på Tarntelltåken og R136!
Film: ESO/P. Crowther/C.J. Evans. Music: John Dyson (from the album "Moonwind")


MER INFORMASJON

Pressemelding fra noirlab

Wikipedia om R136a1

astroevents.no: Kraftigste supernova siden 1954!

astroevents.no: Rekordtung stjerne oppdaget

Pressesak om Webb-teleskopets første bilder av Tarantelltåken

astroevents.no: Supernovaer og hypernovaer – en oversikt

Flere saker om stjerner


Astro-romfartsshow

Våre astroshow sett av over 100 000!

“Out of Space”: Astro-romfartsshow

Forestillinger for skoleelever
Science fiction-trilogien Ad Astra

Opplev den første reisen til et annet solsystem, leting etter livsformer på exoplaneter og Solsystemets og menneskehetens fremtid!

Bøkene er rikt illustrert med flotte fargebilder.

Pluto – menneskehetens siste tilfluktssted!

- stjernereiser - exoplaneter - romheiser
- ormehull - multivers - liv i rommet
- fremtidsteknologi - intergalaktiske opplevelser
- astronomiske fenomener - galaksens fremtid
- krim


Av science fiction-forfatter Anne Mette Sannes
Mer info og bestilling

Filmen Vårt magiske univers

Nyt det vakreste billedmaterialet som noen gang er tatt av vårt fantastiske univers! Fikk terningkast 6 i bladet Astronomi.

Produsert og kommentert av Anne Mette Sannes & Knut Jørgen Røed Ødegaard Mer info
Våre nettsteder
astroevents.no Hovednettsted om Universet
svalbard2015.no Solformørkelsen 20. mars 2015
astrobutikken.no Bøker og filmer m.m.

Følg oss på facebook

Følg oss på facebook

 

 

Kontakt: Knut Jørgen Røed Ødegaard Tlf: 99 27 71 72 E-post: knutjo@astroevents.no Anne Mette Sannes Tlf. 97 03 80 50 E-post: amsannes@astroevents.no