Lehdistötiedote

Tähti, jota ei pitäisi olla olemassa

31. elokuuta 2011

Eurooppalaisten tähtitieteilijöiden muodostama tutkijaryhmä on käyttänyt ESO:n VLT-teleskooppia jäljittääkseen Linnunradasta tähden, jonka olemassaoloa monet pitivät mahdottomana. He havaitsivat tämän tähden muodostuvan lähes kokonaan vedystä ja heliumista, vain häviävän pienellä määrällä muita alkuaineita näiden joukossa. Tämä kiehtova koostumus sijoittuu "kiellettyyn vyöhykkeeseen" yleisesti hyväksytyssä tähtienmuodostusteoriassa ja tarkoittaa sitä, että sen ei olisi milloinkaan pitänyt muodostua alunperinkään. Tulokset ilmestyvät tiedejulkaisu Naturessa 1. syyskuuta 2011.

Leijonan (Leo) tähdistössä sijaitsevan, nimellä SDSS J102915+172927 [1] tunnetun himmeän tähden on todettu sisältävän kaikista tutkituista tähdistä vähäisimmän määrän heliumia raskaampia alkuaineita (joita tähtitieteilijät kutsuvat "metalleiksi"). Sen massa on pienempi kuin Auringon massa ja se on luultavasti yli 13 miljardia vuotta vanha.

"Yleisesti hyväksytty teoria ennustaa, että tämänkaltaisia tähtiä, joilla on alhainen massa ja erittäin vähän metalleja, ei pitäisi olla olemassa, koska ne muodostaneet materiaalipilvet eivät olisi voineet tiivistyä," [2] sanoo Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Saksa ja Observatoire de Paris, Ranska), tiedejulkaisun pääkirjoittaja. "Oli yllättävää löytää ensimmäistä kertaa tähti tältä "kielletyltä vyöhykkeeltä". Se tarkoittaa, että meidän täytynee harkita uudelleen joitakin tähtienmuodostusmalleja."

Tutkimusryhmä analysoi tähden ominaisuuksia käyttäen X-shooter- ja UVES-havaintolaitteita VLT-teleskoopilla [3]. Näin he saivat mitattua eri kemiallisten alkuaineiden yleisyyden tähdessä. He huomasivat, että metallien suhteellinen osuus tähdessä SDSS J102915+172927 on yli 20 tuhatta kertaa pienempi kuin Auringossa [4][5].

"Tähti on himmeä ja siinä on niin vähän metalleja, että saimme ensimmäisissä havainnoissamme havaittua jäljen vain yhdestä heliumia raskaammasta alkuaineesta - kalsiumista," sanoo Piercarlo Bonifacio (Observatoire de Paris, Ranska), joka ohjasi projektin kulkua. "Meidän täytyi kysyä lisää havaintoaikaa teleskoopilta ESO:n pääjohtajalta tutkiaksemme tähden valoa vieläkin yksityiskohtaisemmin, ja pitkällä valotusajalla, yrittäessämme löytää muita metalleja."

Kosmologit uskovat, että kevyimmät kemialliset alkuaineet - vety ja helium - muodostuivat pian alkuräjähdyksen jälkeen, kuten myös pieni määrä litiumia [6], kun taas lähes kaikki muut alkuaineet muodostuivat myöhemmin tähdissä. Supernovaräjähdykset levittivät tähtien materiaa tähtienväliseen aineeseen, tehden sen metallisemmaksi. Uudet tähdet muodostuvat tästä rikastetusta aineesta, joten niiden koostumuksessa on suurempi määrä metalleja kuin vanhemmissa tähdissä. Siten metallien suhteellinen osuus kertoo kuinka vanha tähti on.

"Tutkimamme tähti on erittäin vähämetallinen, mikä tarkoittaa, että se on hyvin alkeellinen. Se voisi olla yksi vanhimmista koskaan löydetyistä tähdistä," lisää tutkimukseen myös osallistunut Lorenzo Monaco (ESO, Chile).

Lisäksi litiumin puute tähdessä SDSS J102915+172927 oli hyvin yllättävää. Sen kaltaisen vanhan tähden koostumuksen pitäisi olla samanlainen kuin maailmankaikkeudella pian alkuräjähdyksen jälkeen, hieman suuremmalla määrällä metalleja. Mutta tutkimusryhmä huomasi, että litiumin suhteellinen määrä tähdessä oli alle viideskymmenesosa alkuräjähdyksen tuottamaan määrään verrattuna.

"On arvoitus kuinka heti maailmankaikkeuden alun jälkeen muodostunut litium tuhoutui tässä tähdessä." Bonifacio lisää.

Tutkijat korostavat vielä, että tämä epänormaali tähti ei luultavasti ole ainutkertainen. "Olemme tunnistaneet useita muita ehdokkaita tähdiksi, joilla saattaa olla samanlainen määrä tai jopa vielä vähemmän metalleja kuin tähdessä SDSS J102915+172927. "Suunnittelemme nyt havaitsevamme niitä VLT-teleskoopilla selvittääksemme onko todella näin," sanoo Caffau lopuksi.

Lisähuomiot

[1] Tähti on luetteloitu SDSS:ssä (Sloan Digital Sky Survey). Numerot viittaavat kohteen sijaintiin taivaalla.

[2] Yleisesti hyväksytyt tähtienmuodostusteoriat esittävät, että tähden SDSS J102915+172927 kaltaiset kevyet tähdet (massa alle noin 0.8 Auringon massaa) ovat voineet muodostua vain supernovaräjähdysten kasvatettua tähtienvälisen aineen raskaiden alkuaineiden määrän yli tietyn kriittisen arvon. Tämä johtuu siitä, että raskaat alkuaineet toimivat "viilentäjinä" auttaen tähtienvälisen aineen kaasupilviä säteilemään lämpöä pois, minkä seurauksena pilvet voivat luhistua ja muodostaa tähtiä. Ilman raskaita alkuaineita säteilyn aiheuttama paine olisi liian suuri ja pilven painovoima liian heikko suhteessa siihen, jotta pilvi lähtisi luhistumaan. Yksi teoria erityisesti nimeää hiilen ja hapen pääasiallisimmiksi viilentäjiksi. Tähdessä SDSS J102915+172927 hiilen määrä on vähäisempi kuin tehokkaan viilentämisen vaatima vähimmäismäärä.

[3] X-shooter ja UVES ovat VLT:n spektrograafeja - havaintolaitteita, joita käytetään erottamaan tähtitieteellisten kohteiden valo värikomponentteihinsa ja mahdollistamaan niiden kemiallisen koostumuksen yksityiskohtainen analysointi. X-shooter voi taltioida hyvin laajan aallonpituusalueen kohteen spektristä kerralla (ultraviolettivalosta lähi-infrapunavaloon). UVES, Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph, on korkean resoluution eli erotuskyvyn optinen havaintolaite.

[4] Vuonna 2005 löydetyllä tähdellä HE 1327-2326 on matalin tunnettu rautapitoisuus, mutta siinä on paljon hiiltä. Nyt tutkitulla tähdellä on alhaisin raskaiden alkuaineiden pitoisuus, kun mukaan otetaan kaikki vetyä ja heliumia raskaammat alkuaineet.

[5] ESO:n teleskoopit ovat olleet laajalti käytössä useimpien kevyistä alkuaineista koostuvien tähtien havainnoinnissa. Joitakin aiempia tuloksia on raportoitu tiedotteissa eso0228 ja eso0723. Uudet löydöt osoittavat, että ESO:n teleskoopeilla tehdyt havainnot ovat tuoneet tähtitieteilijät jälleen askelta lähemmäs ensimmäisen sukupolven tähtien havaitsemista.

[6] Alkuräjähdyksen nukleosynteesi tarkoittaa yhtä protonia monimutkaisempien kemiallisten alkuaineiden tuotantoa heti alkuräjähdyksen jälkeen. Tuotanto kesti hyvin lyhyen aikaa - tuottaen vain vetyä, heliumia ja litiumia, mutta ei raskaampia alkuaineita. Alkuräjähdysteoria ennustaa, ja havainnot vahvistavat, että alkuräjähdyksen jälkeinen aine koostui massaltaan 75-prosenttisesti vedystä, 25-prosenttisesti heliumista ja häivähdyksestä litiumia.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin Caffaun ja kumppanien kirjoittamassa tieteellisessä artikkelissa “An extremely primitive halo star“, joka ilmestyy tiedejulkaisu Naturen numerossa 1. syyskuuta 2011.

Tutkimusryhmään kuuluvat Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg [ZAH], Saksa ja GEPI — Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS, Ranska [GEPI]), Piercarlo Bonifacio (GEPI), Patrick François (GEPI ja Université de Picardie Jules Verne, Amiens, Ranska), Luca Sbordone (ZAH, Max-Planck Institut für Astrophysik, Garching, Saksa, ja GEPI), Lorenzo Monaco (ESO, Chile), Monique Spite (GEPI), François Spite (GEPI), Hans-G. Ludwig (ZAH ja GEPI), Roger Cayrel (GEPI), Simone Zaggia (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Italia), François Hammer (GEPI), Sofia Randich (INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italia), Paolo Molaro (INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste, Italia), ja Vanessa Hill (Université de Nice-Sophia Antipolis, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Cassiopée, Nice, Ranska).

ESO, Euroopan eteläinen observatorio, on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, vallankumouksellisen ALMA-teleskoopin eurooppalainen yhteistyökumppani. Parhaillaan ESO suunnittelee 40-metrin kokoluokan optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu Nature:ssa
• Valokuvia VLT-teleskoopista

Yhteystiedot

Dr Elisabetta Caffau
Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg / Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS
Heidelberg / Paris, Germany / France
Puh.: +49 6221 54 1787 or +33 1 4507 7873
Sähköposti: Elisabetta.Caffau@obspm.fr

Dr Piercarlo Bonifacio
Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS
Paris, France
Puh.: +33 1 4507 7998 or +33 1 4047 8031
Matkapuhelin: +33 645 380 509
Sähköposti: Piercarlo.Bonifacio@obspm.fr

Dr Lorenzo Monaco
ESO
Santiago, Chile
Puh.: +56 2 463 3022
Sähköposti: lmonaco@eso.org

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Sähköposti: rhook@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media