Gamle stjerner opklarer Mælkevejens urhistorie – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2011 > Gamle stjerner opklare...

15. november 2011

Gamle stjerner opklarer Mælkevejens urhistorie

Nogle af de ældste stjerner i Mælkevejen – en slags stjerne-fossiler i de ydre dele af vores galakse indeholder abnormt store mængder af tunge grundstoffer som guld, platin og uran. Det har været et mysterium for forskerne, hvor disse store mængder kom fra, for de ses normalt i langt senere generationer af stjerner. Forskere ved Niels Bohr Institutet har gennem flere år studeret disse gamle stjerner med ESO's kæmpeteleskoper i Chile for at få styr på de tunge grundstoffers oprindelse, og med nye observationer konkluderer de, hvordan de kan være dannet i Mælkevejens tidlige historie. Resultaterne er publiceret i det ansete videnskabelige tidsskrift Astrophysical Journal Letters.

Mælkevejen er ligesom NGC 4594 (billedet) en skiveformet spiralgalakse med omkring 200 milliarder stjerner. Over og under galaksens plan er der en halo, som blandt andet indeholder gamle stjerner, der stammer helt tilbage fra galaksens barndom for milliarder år siden. De burde i princippet alle være primitive og fattige på tunge grundstoffer, men nogle få procent af dem er overraskende rige på tunge grundstoffer som guld, platin og uran. Nye forskningsresultater viser, at forklaringen ligger i voldsomme jets fra eksploderende kæmpestjerner. (Hubble Telescope)

Kort efter Big Bang var universet domineret af det gådefulde mørke stof samt brint og helium. Da det mørke stof og gasserne samledes til klumper under sin egen tyngde, dannedes de første stjerner. I stjernernes glohede indre smeltede brint og helium sammen og dannede de første tungere grundstoffer som kulstof, kvælstof og ilt, og efter 'kort' tid (nogle hundrede mio. år) var alle de kendte grundstoffer på plads. Disse tidlige stjerner indeholdt dog kun en tusindedel så meget af grundstofferne som Solen i dag.

Hver gang en tung stjerne er udbrændt og dør, sender den skyer af gasser og nydannede grundstoffer ud i rummet, hvor det indgår i de gasskyer, der bliver tættere og tættere for til sidst at kollapse og danne en nye stjerner. Hver generation af stjerner bliver på den måde rigere og rigere på tunge grundstoffer.

Fossiler fra galaksens barndom

De 17 observerede stjerner er alle placeret på den nordlige himmel og kunne derfor observeres med det Nordiske Optiske Teleskop, NOT på La Palma. NOT er et 2.5 meter teleskop der egner sig godt til lige netop denne slags observationer, hvor man følger stjernernes bevægelse løbende over flere år og dermed kan bestemme, om stjernerne tilhøre dobbeltstjerne systemer.

Det er derfor overraskende at finde stjerner fra det tidlige univers, som er forholdsvis rige på de allertungeste grundstoffer. Men de findes, og endda lige i vores egen galakse, Mælkevejen.

"I de ydre dele af Mælkevejen er der gamle 'stjerne-fossiler' fra vor egen galakses barndom. De gamle stjerner ligger i en halo over og under galaksens flade skive. I en lille del – ca. 1-2 procent af disse primitive stjerner findes de allertungeste grundstoffer imidlertid i abnorme mængder i forhold til jern og andre 'normale' grundstoffer", fortæller Terese Hansen, der er astrofysiker i forskningsgruppen Astrofysik og Planetforskning på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.
Forskningsgruppen ved Niels Bohr Institutet havde gennem flere år studeret disse gamle stjerner med ESO's kæmpeteleskoper i Chile. For at få styr på de tunge grundstoffers oprindelse, fulgte de yderligere gennem fire år 17 af disse 'abnorme' stjerner med det Nordiske Optiske Teleskop på La Palma.

Terese Hansen brugte sit specialeprojekt til at analysere observationerne. "Efter at have knoklet med disse meget besværlige observationer i et par år opdagede jeg pludselig, at tre af stjernerne havde tydelige banebevægelser, som vi kunne fastlægge, mens resten ikke rokkede sig ud af stedet, og det var et vigtigt spor til opklaringen af, hvilken mekanisme, der må have skabt grundstofferne i stjernerne", fortæller Terese Hansen, der har udført hastighedsberegningerne sammen med forskere fra Michigan State University.

Forskningsgruppen har analyseret 17 stjerne-fossiler fra Mælkevejens barndom. Stjernerne er små lette stjerner, og de lever længere end store tunge stjerner. De brænder ikke brint længere, men er svulmet op til røde kæmpestjerner, der senere vil køle af og blive hvide dværge. På billedet ses den mest berømte af stjernerne CS31082-001 som var den første stjerne, der blev fundet uran i.

Forgyldte gasskyer

Hun forklarer, at der er to teorier, der prøver at redegøre for de tidlige stjerners overdosis af tunge grundstoffer. Den ene teori er, at disse stjerner alle er tætte dobbeltstjerne-systemer, hvor den ene stjerne er eksploderet som en supernova og har 'forgyldt' sin nabostjerne med et tyndt lag frisklavet guld, platin, uran osv. Den anden teori er, at tidlige supernovaer (eksploderende kæmpestjerner) kunne skyde de tunge grundstoffer ud i jets i forskellige retninger og bevirke, at grundstofferne blev indbygget i de spredte gasskyer, som dannede nogle af de stjerner, vi ser i dag i galaksens halo.

"Mine observationer af stjernernes bevægelser viste, at alle de grundstofrige stjerner ikke var dobbeltstjerner. Kun tre (20 procent) af de 17 grundstofrige stjerner tilhørte dobbeltstjernesystemer. (Dette er helt normalt, 20 procent af alle stjerner tilhører dobbeltstjerne systemer). Altså kunne teorien om de forgyldte nabo-stjerner ikke være forklaringen. Dén mekanisme, der har gjort, at en del af de gamle stjerner er abnormt rige på tunge grundstoffer, må derfor være, at eksploderende supernovaer har sendt jets ud i rummet. I selve supernovaeksplosionen dannes de tunge grundstoffer som guld, platin og uran, og når strålerne rammer de omgivende, spredte gasskyer, vil de blive beriget med grundstofferne og danne stjerner, som er ekstraordinært rige på tunge grundstoffer", siger Terese Hansen, som straks efter sine banebrydende forskningsresultater er blevet tilbudt et ph.d-stipendium ved en af Europas førende grupper i astrofysik ved Heidelberg Universitet.

Astrophysical Journal Letters >>