07.06.18: Ved hjelp av to gigant-teleskop har det blitt oppdaget en mye større andel av tunge stjerner i voldsomme stjernefabrikker både i fjerne og nære galakser enn hva som er tilfelle for stjernedannende områder i mer «fredelige» galakser. Den overraskende oppdagelsen endrer ikke bare vår forståelse av galaksers utvikling samt hvordan grunnstoffer og sorte hull blir dannet, men gir også en tydelig indikasjon på at den fremtidige kollisjonen mellom vår egen Melkeveigalakse og vår nabo, Andromedagalaksen blir langt heftigere enn antatt!

av Anne Mette Sannes og Knut Jørgen Røed Ødegaard

Kunstnerisk fremstilling av en fjern og støvete galakse der stjerner dannes i langt større utstrekning enn i Melkeveien. Nye observasjoner gjort med ALMA-teleskopet har gjort det mulig å se gjennom støvskyene og observere at slike såkalte starburstgalakser har større andel masserike stjerner enn galakser med mindre aktivitet.
Illustrasjon: ESO/M. Kornmesser

Et forskerteam ved Universitetet i Edinburgh har observert fire såkalte starburst-galakser (galakser som går igjennom en fase – starburstfase – med intens stjernedannelse) slik de så ut den gang Universet var mye yngre. Det er derfor ikke sannsynlig at disse babygalaksene har vært igjennom flere episoder med stjernedannelse, noe som i tilfelle ville ha gjort det vanskelig å tolke observasjonene.

Teamet utviklet en ny teknikk – analog til radiokarbondatering (også kjent som C-14-metoden) – for å måle mengden av ulike typer karbonmonoksid i disse ekstremt fjerne starburst-galaksene hvor det kan være mer enn hundre ganger mer intens stjernedannelse enn i vår egen Melkeveigalakse. Funnet viser at forholdet mellom mengdene av isotopene ¹⁸O og ¹³C faktisk var hele 10 ganger høyere i starburst-galakser enn i mer vanlige galakser.

Antennegalaksene er et eksempel på en starburst-galakse som ble dannet av kollisjonen mellom galaksene NGC 4038 og NGC 4039 hvor det i løpet av kollisjonen (starburstfasen) vil ble dannet milliarder av stjerner. Antennegalaksene befinner seg i stjernebildet Ravnen og ble oppdaget av William Herschel i 1785. Herschel er også kjent for å ha oppdaget planeten Uranus, to av Uranus’ måner (Oberon og Miranda) samt infrarød stråling.
Foto: NASA/ESA

Galaksen M82 befinner seg 12 millioner lysår unna oss i stjernebildet Storebjørn, og er den nærmeste større starburst-galaksen. Bildet er satt sammen av bilder tatt i synlig lys, infrarødt (viser støvskyer) og røntgen (blått).
Foto: NASA/JPL-Caltech/STScI/CXC/UofA/ESA/AURA/JHU

Den intense stjernedannelsen i slike galakser utløses ofte av at disse galaksene kolliderer med andre galakser. Under slike kollisjoner presses gassen mellom stjernene (interstellar gass) sammen, og den økte tettheten gjør at tyngdekreftene lettere samler gassen til enorme, stjernedannende skyer. Men selv om det for tiden er relativt fredelig når det gjelder stjernedannelse i Melkeveien, vil også vår egen galakse om fire milliarder år gå gjennom en starburstfase med intens stjernedannelse når vi kolliderer med Andromedagalaksen. Faktisk nærmer Andromedagalaksen seg vår galakse med 110 km/s.

Resultatet vil bli et ragnarok med utallige nydannede stjerner, eksploderende stjerner, tåker og andre fenomener, og til slutt vil de to galaksene danne en såkalt elliptisk galakse. På dette tidspunktet vil menneskene bo på Mars fordi solvarmen allerede om 1,8 milliarder blir så sterk at de siste vanndråpene på Jorden fordamper.

Basert på data fra romteleskopet Hubble, vil Melkeveien og vår nabo, Andromedagalaksen, dundre inn i hverandre om rundt 4 milliarder år.
Illustrasjon: NASA

Metoden gikk ut på å observere forholdet mellom to typer karbonmonoksid som inneholdt ulike isotoper. Karbon- og oksygen-isotoper har ulik opprinnelse: Oksygen-18 produseres i tyngre stjerner, mens karbon-13 produseres mer i lette og middelstunge stjerner. Takket være den nye metoden var teamet i stand til å titte gjennom støvet i disse galaksene og for aller første gang få tilgang til hvor mange tunge stjerner som finnes der.

En stjernes masse er den viktigste faktoren til stjernens videre utvikling. Tunge stjerner skinner mye sterkere, men har mye kortere levetid enn mindre og lettere stjerner som for eksempel vår egen sol med mer moderat lysstyrke, men som holder det gående i milliarder av år.

Ved å kjenne til andelen av stjerner med ulik masse i galakser får man mer kunnskap og forståelse av galaksers dannelse og utvikling helt fra Universet ble til, noe som både gir avgjørende kunnskap om grunnstoffene som fantes for å danne nye stjerner og planeter og i siste instans antallet sorte hull med stjernemasse som kunne samle seg for å danne supermassive sorte hull slik de vi ser i sentrum av mange galakser.

Resultatene av funnene gjort med ALMA-teleskopet stemmer overens med en annen oppdagelse i et svært aktivt stjernedannelsesområde i vårt nære univers. Et forskerteam ved Universitetet i Oxford foretok spektroskopiske målinger av 800 stjerner i den gigantiske stjernefabrikken 30 Doradus i Den store magellanske sky (en av Melkeveiens satellittgalakser) for å undersøke alders- og massefordeling av disse. Teamet fant 30 % flere stjerner med mer enn 30 solmasser og rundt 70 % flere enn hva som var forventet av stjerner med mer enn 60 solmasser, et resultat som utfordrer det man tidligere antok var grensen for hvor tung en stjerne kan være ved fødselen. Etter de nye funnene antas nå at stjerner kan ha opp til rundt 300 solmasser når de blir til.

Ved hjelp av ESOs Very Large Telescope i Chile har en internasjonal forskergruppe funnet de tyngste stjernene vi kjenner i denne stjernefabrikken i Den store magellanske sky, 165 000 lysår fra Jorden. Enkelte av disse stjernene ble dannet med over 300 ganger mer masse enn Solen og sender ut 10 millioner ganger mer energi enn vår egen sol.
Film: ESO

Den mest masserike stjernen hittil

Den tyngste stjernen som hittil er funnet, er stjernen R136 a1 i Tarantelltåken i Den store magellanske sky. Stjernen ble funnet allerede i 2010 og var den første utfordringen for den ledende teorien om hvor masserik er stjerne kan være – den gangen antatt å være 150 solmasser. De nyeste estimatene viser at R136 a1 kan ha så mye som 315 ganger Solens masse!

Den rekordtunge stjernen R136 a1 (mørkeblå, bakerst i bildet) sammenlignet med en vanlig tung stjerne (lyseblå), vår egen sol (gul) og en rød dverg.
Illustrasjon: ESO/M. Kornmesser

Bildet viser sentrum av Tarantelltåken i Den store magellanske sky. Den unge og tette stjernehopen R136 ses nede i høyre hjørne på bildet. Hopen inneholder hundrevis av unge blå stjerner, og blant disse den mest masserike stjernen som noen gang er funnet i Universet. Ved hjelp av Hubbleteleskopet har astronomene vært i stand til å studere den sentrale og tetteste delen av denne hopen i detalj og fant 9 stjerner med mer enn 100 solmasser!
Foto: ESO

Denne filmen viser hvordan astronomer ved hjelp av ALMA- og VLT-teleskopene har oppdaget at stjernefabrikker både i fjerne og nære galakser har mye høyere andel av tunge stjerner enn forventet
Film: ESO

Tunge stjerner danner sorte hull, nøytronstjerner og gammaglimt

Tunge stjerner lever korte og hektiske liv som ender i voldsomme eksplosjoner. Stjerner fra rundt 15 og opp til 40 solmasser eksploderer vanligvis som supernovaer og etterlater svært kompakte og knøttsmå nøytronstjerner. Stjerner med større masse kan eksplodere på flere, men generelt enda mer energirike, måter. Noen av disse eksploderer som hypernovaer som igjen utløser gammaglimt – et av de mest energirike fenomenene vi kjenner i Universet.

Etter en slik hypernovaeksplosjon blir det liggende igjen et sort hull. Ved å kartlegge hvor mange tunge stjerner som finnes, kan vi også finne ut hvor mange sorte hull som er dannet eller som vil oppstå.

Tunge stjerner produserer enorme mengder med tunge grunnstoffer som slynges ut i rommet med voldsom kraft når stjernene eksploderer. Disse stjernene har derfor mye større betydning for galaksenes utvikling enn små og lette stjerner.

Fra nært hold ville kanskje en hypernova og et gammaglimt sett slik ut. Ekstreme stråler av gass spruter ut av en intenst het stjerne. 
Illustrasjon: Dana Berry, SkyWorks Digital 

Klikk på “like” og få melding når nye saker legges ut!

MER INFORMASJON

Pressemelding fra ESO

Snart ser vi tilbake til vår egen opprinnelse!

Ny avstandsrekord: Stjerne observert 9 milliarder lysår unna!

Flere saker om galakser

Flere saker om stjerner