Pressemeddelelse

Der er alt for mange tunge stjerner

Det gælder både i de nære og de fjerne galakser med stjernedannelse, ifølge ALMA og VLT

4. juni 2018

Der er langt flere tunge stjerner i galakser med kraftig stjernedannelse både i det unge Univers i en af de nærmere galakser end vi finder i mere fredelige galakser. Det er en udfordring til astronomernes nuværende teorier for, hvordan galakserne udvikler sig, så vi må revidere vores opfattelse af både historien om hvordan stjerner dannes og hvornår de forskellige grundstoffer opstår. Det er nye opdagelser med ALMA og VLT, som ligger til grund for nyhederne.

Et forskerhold har undersøgt hvor mange tunge stjerner, der er i fire fjerne starburst galakser [1] med stort gasindhold. Vi ser stjernerne idag som de så ud, da Universet var meget yngre end det er nu, så det er ikke sandsynligt, at disse nyfødte galakser har oplevet mange tidligere udbrud af stjernedannelse -  det ville ellers have påvirket de resultater, som et forskerhold ledet af astronomen Zhi-Yu Zhang fra University of Edinburgh har offentliggort efter studier med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Zhang og hans medarbejdere har udviklet en ny teknik, som svarer noget til radioisotopdatering; det som også kaldes kulstof-14 datering - hvor man kan måle forekomsten af forskellige slags kuliltemolekyler i fire meget fjerne og støvindhyllede galakser[2] med kraftig stjernedannelse. De har observeret forholdet imellem to slags kulilte med forskelligt isotopindhold[3].

"Kulstof- og oxygenisotoper har forskellig oprindelse", forklarer Zhang. "¹⁸O dannes i større omfang i tunge stjerner, og  ¹³C dannes i størst omfang i lette eller mellemtunge stjerner." Takket være de nye teknikker, har forskerholdet kunnet kigge ind forbi støvet i galakserne, og har for første gang kunnet vurdere hvor tunge stjernerne i dem er.

En stjernes masse er den vigtigste parameter til bestemmelse af, hvordan stjernen kommer til at udvikle sig. Tunge stjerner skinner klart, og har korte livsløb, og lettere stjerner, som for eksempel Solen skinner mere ydmygt, men i milliarder af år. Hvis man kender forholdene imellem hvor mange stjerner af forskellig masse, som dannes i galakserne, kan astronomerne derfor bedre forstå galaksernes dannelse og udvikling i løbet af hele Universets historie. Som en konsekvens får man så også et vigtigt indblik i, hvilke grundstoffer der til en given tid har været til stede til dannelsen af nye stjerner og planeter, og desuden antallet af oprindelige sorte huller, som efterhånden er stødt sammen for at danne de supertunge sorte huller, som vi idag ser i centeret af mange galakser.

Medforfatter Donatella Romano fra INAF-Astrophysics and Space Science Observatory i Bologna forklarer, hvad det er, forskerne har fundet ud af: "Forholdet imellem ¹⁸O og ¹³C var omkring 10 gange højere i disse galakser med stærk stjernedannelse i det tidlige Univers end vi ser det i galakser som for eksempel Mælkevejen. Det betyder, at der er mange flere meget tunge stjerner i disse tidlige galakser."

Opdagelserne med ALMA stemmer fint med en anden opdagelse i den nærere del af Universet. Et forskerhold under ledelse af Fabian Schneider fra University of Oxford, UK har foretaget  spektroskopiske målinger med ESOs Very Large Telescope på 800 stjerner i det enorme område med stjernedannelse, som kaldes 30 Doradus i Den store Magellanske Sky, for at finde fordelingen her af stjernealdre og deres oprindelige masser [4].

Schneider forklarer: "Vi fandt omkring 30% flere stjerner, end vi forventede, som har masser på mere end 30 gange Solens, og omkring 70% flere end forventet, som endda vejer mere end 60 gange mere end Solen. De resultater er helt anderledes end tidligere forudsigelser, hvor man har ment, at der var en øvre grænse for stjerners oprindelige masse på 150 gange Solens masse. Det ser ud til, at grænsen ligger helt oppe omkring 300 solmasser!"

Rob Ivison, som er medforfatter til den nye ALMAartikel slutter: “Det, vi her har fundet, får os til at stille spørgsmålstegn ved vores hidtidige forståelse af den kosmiske historie. Nu må de astronomer, som bygger modeller af Universet tilbage til tegnebrættet, og regne meget mere præcist efter."

Noter

[1] Starburstgalakser kaldes den type galakser, hvor vi ser en periode med meget intens stjernedannelse. Produktionen af nye stjerner kan være 100 gange større end hvad vi ser i vores egen Mælkevej. De tunge stjerner i disse galakser udsender ioniserende stråling, stjernevinde og supernovaeksplosioner, som har en stærk indflydelse på den dynamiske og kemiske udvikling for det omgivende stof. Når vi ser på massefordelingen af stjerner i disse galakser fortæller det os mere om deres egen udvikling, og også om udviklingen mere generelt af hele Universet.

[2] Radioisotopdatering bruges til at bestemme alderen for et objekt, som indeholder organiske stoffer. Hvis man måler indholdet af ¹⁴C, som er en radioaktiv kulisotop, og som derfor langsomt forsvinder, kan man beregne, hvornår den pågældende plante eller dyr døde. De isotoper, som undersøges i ALMA-arbejdet her, ¹³C og ¹⁸O, er stabile, så mængden af dem stiger i løbet af en galakses levetid. Det er nogle af de grundstoffer, som dannes inde i stjernerne ved kernefusionsprocesser.

[3] Den slags forskellige udgaver af molekylet kaldes isotopologer, og forskellen imellem dem ligger i det samlede antal neutroner, som de kan indeholde. Kuliltemolekylserne i undersøgelsen her er et eksempel på den slags forskellige molekyler. Et stabilt kulstofatom kan have enten 12 eller 13 kernepartikler i atomkernen, og en stabil oxygenisotop kan

[4] Schneider et al. foretog spektroskopiske observationer af enkeltstjerner i 30 Doradus, som er et område med stjernedannels i den nære dværggalakser Den Store Magellanske Sky. De brugte instrumentet FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) på Very Large Telescope. Undersøgelsen er en af de første, som har været tilstrækkeligt detaljeret til at vise, at Universet kan danne stjernedannelsesområder med andre massefordelinger end dem, vi ser i selve Mælkevejen.

Mere information

ALMA resultaterne her blev offentliggjort i en artikel med titlen “Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time” i tidsskriftet Nature den 4. juni 2018. VLT-resultaterne blev offentliggjorte i en artikel med titlen “An excess of massive stars in the local 30 Doradus starburst”, i tidsskriftet Science den 5. januar 2018.

ALMAholdet består af: Z. Zhang (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK; European Southern Observatory, Garching bei München, Tyskland), D. Romano (INAF, Astrophysics and Space Science Observatory, Bologna, Italien), R. J. Ivison (European Southern Observatory, Garching bei München, Tyskland; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK), P .P. Papadopoulos  (Department of Physics, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki, Grækenland; Research Center for Astronomy, Academy of Athens, Athens, Grækenland;) and F. Matteucci (Trieste University; INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste; INFN, Sezione di Trieste, Trieste, Italien)

The VLT team is composed of: F. R. N. Schneider ( Department of Physics, University of Oxford, UK), H. Sana (Institute of Astrophysics, KU Leuven, Belgien), C. J. Evans ( UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, UK), J. M. Bestenlehner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Tyskland; Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, UK), N. Castro (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), L. Fossati (Austrian Academy of Sciences, Space Research Institute, Graz, Austria), G. Gräfener (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Tyskland), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Tyskland), O. H. Ramírez-Agudelo (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, UK), C. Sabín-Sanjulián (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), S. Simón-Díaz (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spanien; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spanien),  F. Tramper (European Space Astronomy Centre, Madrid, Spanien), P. A. Crowther (Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, UK), A. de Koter (Astronomical Institute Anton Pannekoek, Amsterdam University, Nederlandene; Institute of Astrophysics, KU Leuven, Belgien), S. E. de Mink (Astronomical Institute Anton Pannekoek, Amsterdam University, Nederlandene), P. L. Dufton (Astrophysics Research Centre, School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Northern Ireland, UK), M. Garcia (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Spanien), M. Gieles (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, UK), V. Hénault-Brunet (National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Canada; Department of Astrophysics/Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics, Radboud University, Nederlandene), A. Herrero (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), R. G. Izzard (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, UK; Institute of Astronomy, The Observatories, Cambridge, UK), V. Kalari (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile), D. J. Lennon (European Space Astronomy Centre, Madrid, Spanien), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC–INTA, European Space Astronomy Centre campus, Villanueva de la Cañada, Spanien), N. Markova (Institute of Astronomy with National Astronomical Observatory, Bulgarian Academy of Sciences, Smolyan, Bulgaria), F. Najarro (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Spanien), Ph. Podsiadlowski (Department of Physics, University of Oxford, UK; Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Tyskland), J. Puls (Ludwig-Maximilians-Universität München, Tyskland), W. D. Taylor (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, UK), J. Th. van Loon (Lennard-Jones Laboratories, Keele University, Staffordshire, UK), J. S. Vink (Armagh Observatory, Northern Ireland, UK) and C. Norman (Johns Hopkins University, Baltimore, USA; Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA)

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

• Zhang et al. artiklen i Nature
• Schneider et al. artiklen i Science
• Fotos af ALMA
• Fotos af VLT

Kontakter

Zhi-Yu Zhang
University of Edinburgh and ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +49-89-3200-6910
Email: zzhang@eso.org

Fabian Schneider
Department of Physics — University of Oxford
Oxford, United Kingdom
Tel: +44-1865-283697
Email: fabian.schneider@physics.ox.ac.uk

Rob Ivison
ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +49-89-3200-6669
Email: rob.ivison@eso.org

Mariya Lyubenova
ESO Outreach Astronomer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6188
Email: mlyubeno@eso.org

Ole J. Knudsen (press contact Danmark)
ESO Science Outreach Network and Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
Email: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1817 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.