Lehdistötiedote

Kirkkaimmat tähdet eivät elä yksin

VLT havaitsi, että tähtien raskassarjalaiset viihtyvät parhaiten vuorovaikuttavina pareina

26. heinäkuuta 2012

ESO:n VLT-teleskooppia käyttänyt uusi tutkimus on osoittanut, että useimmat galaksien evoluutiota pyörittävät hyvin kirkkaat, suurimassaiset tähdet eivät ole yksin. Lähes kolmella neljänneksellä näistä tähdistä on havaittu läheinen tähtikumppani, mikä on paljon enemmän kuin aikaisemmin ajateltiin. Yllättäen useimmilla näistä pareista on häiritseviä vuorovaikutuksia, kuten materian siirtoa yhdeltä tähdeltä toiselle, ja noin kolmanneksen odotetaan lopulta yhdistyvän yhdeksi tähdeksi. Tulokset julkaistaan tiedejulkaisu Science:n numerossa 27. heinäkuuta 2012.

Maailmankaikkeus on monipuolinen paikka ja monet tähdet ovat kovin erilaisia kuin Aurinko. Kansainvälinen tutkijaryhmä on käyttänyt VLT-teleskooppia tutkiakseen O-luokan nimellä tunnettuja tähtiä, jotka ovat hyvin kuumia, massiivisia ja kirkkaita [1]. Näillä tähdillä on lyhyt ja raju elämä ja niillä on keskeinen rooli galaksien evoluutiossa. Ne on myös yhteydessä äärimmäisiin ilmiöihin, kuten "vampyyritähtiin", joissa pienempi tähtikumppani imee materiaa suuremman naapurinsa pinnalta, ja gammapurkauksiin.

"Nämä tähdet ovat täydellisiä hirviöitä," sanoo Hugues Sana (Amsterdamin yliopisto, Alankomaat), tutkimuksen pääkirjoittaja. "Niiden massa on vähintään 15 Auringon massaa ja ne saattavat olla jopa miljoona kertaa kirkkaampia. Nämä tähdet ovat niin kuumia, että ne loistavat kirkasta sinivalkoista valoa ja niiden pintalämpötila on yli 30 tuhatta astetta Celsiusta."

Tähtitieteilijät  tutkivat 71 kappaletta O-luokan yksittäistä ja kaksoistähteä kuudessa läheisessä ja nuoressa Linnunradan tähtijoukossa. Suurin osa heidän tutkimuksessaan käyttämistään havainnoista saatiin ESO:n teleskoopeilta, mukaanlukien VLT-teleskooppi.

Analysoimalla näistä kohteista tulevaa valoa [2] aikaisempaa suuremmalla tarkkuudella, tutkimusryhmä havaitsi, että 75% kaikista O-luokan tähdistä on kaksoistähtijärjestelmissä, mikä on suurempi osuus kuin aikaisemmin ajateltiin ja tämän luvun ensimmäinen tarkka määritys. Mikä on vieläkin tärkeämpää, he havaitsivat, että näiden parien se osuus, jossa tähdet ovat riittävän lähellä toisiaan vuorovaikuttaakseen (tähtien yhdistymisen tai niinkutsuttujen vampyyritähtien materiasiirron kautta), on paljon suurempi kuin kukaan oli ajatellut, millä on perustavanlaatuisia vaikutuksia ymmärryksellemme galaksien evoluutiosta.

Vain prosentin murto-osa maailmankaikkeuden tähdistä on O-luokan tähtiä, mutta niihin liittyvät rajut ilmiöt merkitsevät, että niillä on suhteettoman suuri vaikutus ympäristöönsä. Näistä tähdistä tulevat aurinkotuulet ja shokit voivat sekä käynnistää että sammuttaa tähtien muodostuksen, niiden säteily pitää yllä kirkkaiden kaasusumujen loistetta, niiden supernovat kylvävät elämälle välttämättömiä raskaita alkuaineita galakseihin ja ne liittyvät gammapurkauksiin, jotka ovat yksiä maailmankaikkeuden energeettisimmistä ilmiöistä. Niinpä O-luokan tähdet osallisina monissa galaksien evoluutiota ylläpitävissä mekanismeissa.

"Tähden elämään vaikuttaa suuresti, jos se sijaitsee toisen tähden vierellä," sanoo Selma de Mink (Space Telescope Science Institute, USA), yksi tutkimuksen kanssakirjoittajista. "Jos kaksi tähteä kiertää hyvin lähellä toisiaan, ne saattavat ennenpitkää sulautua yhteen. Mutta vaikka ne eivät niin tekisikään, yksi tähti usein vetää materiaa naapurinsa pinnalta."

Tähtien yhdistymiset, minkä tutkimusryhmä arvioi tapahtuvan lopulta noin 20–30%:lle O-luokan tähdistä, ovat rajuja tapahtumia. Mutta jopa suhteellisesti ottaen leppeällä vampyyritähti-ilmiöllä, joita on lisäksi noin 40–50% kaikista tapauksista, on syvällisiä vaikutuksia siihen kuinka nämä tähdet kehittyvät.

Tähän mennessä tähtitieteilijät ovat enimmäkseen pitäneet lähellä toisiaan kiertäviä massiivisia kaksoistähtiä poikkeuksena, jonakin jota tarvittiin vain selittämään sen kaltaisia eksoottisia ilmiöitä kuin röntgenkaksoistähdet, kaksoispulsarit ja musta aukko -parit. Uusi tutkimus osoittaa, että maailmankaikkeuden asianmukainen tulkiseminen ei mahdollista tällaista yksinkertaistusta. Nämä raskaansarjan kaksoistähdet eivät ole vain yleisiä, vaan niiden elämät ovat oleellisesti erilaisia kuin yḱsittäisten tähtien tapauksessa.

Esimerkiksi vampyyritähtien tapauksessa pienempi, kevyt tähti uudistuu imiessään tuoretta vetyä kumppaniltaan. Sen massa kasvaa huomattavasti ja se elää kumppaniaan pitempään selviten siten paljon massaistaan yksinäistä tähteä pitempään. Uhritähti riisutaan tällä välin uloimmasta kaasukerroksestaan ennen kuin sillä on mahdollisuus tulla kirkkaaksi, punaiseksi superjättiläiseksi. Sen sijaan sen kuuma, sininen ydin paljastuu. Seurauksena kaukaisen galaksin tähtipopulaatio saattaa vaikuttaa paljon ikäistään nuoremmalta: sekä uudistuneet vampyyritähdet että pienentyneet uhritähdet tulevat kuumemmiksi ja väriltään sinisemmiksi, imitoiden nuorempien tähtien ulkonäköä. Vuorovaikuttavien suurimassaisten kaksoitähtien todellisen osuuden tietäminen on siten välttämätöntä, jotta näitä kaukaisia galakseja voidaan luonnehtia oikein. [3]

"Kaikki tähtitieteilijöiden kaukaisista galakseista saama tieto on lähtöisin teleskooppeihimme saapuvasta valosta. Tekemättä olettamuksia siitä, mikä on vastuussa tästä valosta, emme voi vetää johtopäätöksiä galaksista, kuten kuinka massiivinen tai nuori se on. Tämä tutkimus osoittaa, että yleinen olettamus useimpien tähtien esiintymisestä yksinään saattaa johtaa vääriin johtopäätöksiin," päättää Hugues Sana.

Tarvitaan lisää työtä, jotta ymmärrämme kuinka suuria seuraukset ovat ja kuinka paljon tämä uusi näkökulma muuttaa näkemystämme galaksien evoluutiosta. Kaksoistähtien mallinnus on monimutkaista ja siten vie aikansa ennen kuin kaikki nämä näkökohdat on sisällytetty galaksien muodostumisen malleihin.

Lisähuomiot

[1] Useimmat tähdet luokitellaan spektrinsä eli värinsä mukaan. Tämä puolestaan kertoo tähden massasta ja pintalämpötilasta. Sinisimmistä (ja siten kuumimmista ja massiivisimmista) punaisimpiin (ja siten viileimpiin ja pienimassaisimpiin), yleisin luokittelusarja on O, B, A, F, G, K ja M. O-luokan tähtien pintalämpötila on vähintään 30 tuhatta astetta Celsiusta ja ne näyttävät kirkkaan vaaleansinisiltä. Niiden massa on vähintään 15 Auringon massaa.

[2] Kaksoistähtijärjestelmien tähdet ovat yleensä liian lähellä toisiaan, jotta ne voitaisiin nähdä erillisinä valonlähteinä. Tutkimusryhmä onnistui kuitenkin havaitsemaan niiden kaksoisluonteen käyttämällä VLT-teleskoopin UVES-havaintolaitetta (Ultraviolet and Visible Echelle Spectrograph). Spektrograafit levittävät tähden valon paljolti samalla tavoin kuin prisma hajottaa auringonvalon sateenkaaren väreihin. Tähtien valoon sisältyy hiuksenhienoja viivakoodin kaltaisia kuvioita, jotka johtuvat tähtien kaasukehissä olevista alkuaineista, jotka tummentavat tiettyjä valon värejä. Kun tähtitieteilijät havaitsevat yksittäisiä tähtiä, nämä niinkutsutut absorptioviivat ovat hyvin vakaita, mutta kaksoistähdissä kahden tähden viivat ovat hieman siirtyneet toisiinsa nähden tähtien liikkeen johdosta. Määrä, jolla nämä viivat ovat siirtyneet toisistaan ja tapa, jolla ne liikkuvat ajan myötä, mahdollistavat tähtitieteilijöiden määrittää tähtien liikkeet ja siten niiden ratojen ominaisuudet, mukaanlukien sen ovatko ne riittävän lähellä toisiaan materian siirtoon tähtien välillä tai niiden sulautumiseen toisiinsa.

[3] Tämän suuren määrän vampyyritähtiä olemassaolo sopii hyvin yhteen aikaisemmin selittämättömän ilmiön kanssa. Noin kolmanneksella supernoviksi räjähtävistä tähdistä on havaittu olevan hämmästyttävän vähän vetyä. Vähävetyisten supernovien suhteellinen osuus sopii kuitenkin yhteen tässä tutkimuksessa todettujen vampyyritähtien suhteelliseen osuuteen. Vampyyritähtien odotetaan aiheuttavan vähävetyisiä supernovia uhreissaan, sillä vampyyritähden painovoima repii pois uhrin runsasvetyiset ulommat kerrokset ennen kuin uhrilla on mahdollisuus räjähtää supernovana.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tieteellisessä artikkelissa "Binary interaction dominates the evolution of massive stars", kirjoittajinaan H. Sana et al. Artikkeli ilmestyy tiedejulkaisun Science numerossa 27. heinäkuuta 2012.

Tutkimusryhmään kuuluvat H. Sana (Amsterdamin yliopisto, Alankomaat), S.E. de Mink (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA; Johns Hopkins University, Baltimore, USA), A. de Koter (Amsterdamin yliopisto; Utrechtin yliopisto, Alankomaat), N. Langer (Bonnin yliopisto, Saksa), C.J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, UK), M. Gieles (University of Cambridge, UK), E. Gosset (Liegen yliopisto, Belgia), R.G. Izzard (Bonnin yliopisto), J.-B. Le Bouquin (Université Joseph Fourier, Grenoble, France) ja F.R.N. Schneider (Bonnin yliopisto).

Euroopan eteläinen observatorio (ESO) viettää vuonna 2012 perustamisensa 50-vuotisjuhlaa. ESO 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

• Valokuvia VLT-teleskoopista

Yhteystiedot

Hugues Sana
Astronomical Institute “Anton Pannekoek”, Amsterdam University
Amsterdam, The Netherlands
Puh.: +31 20 525 8496
Matkapuhelin: +31 6 83 200 917
Sähköposti: h.sana@uva.nl

Selma de Mink
Space Telescope Science Institute
Baltimore, USA
Puh.: +1 410 338 4304
Matkapuhelin: +1 443 255 3793
Sähköposti: demink@stsci.edu

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
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