Pressemeddelelse

Mysteriet om magnetar-dannelsen løst?

14. maj 2014

Magnetarer er usædvanlige, supertunge rester af supernova-eksplosioner. De er også universets stærkeste magneter – millioner af gange stærkere end de stærkeste magneter på Jorden. Et europæisk forskerhold har brugt ESOs Very Large Teleskop (VLT), og nu tror de for første gang at have fundet en magnetars makkerstjerne. Resultatet kan hjælpe med at forklare hvordan magnetarer bliver dannet – et mysterium der har varet i 35 år – og hvorfor denne bestemte magnetar ikke er faldet sammen som et sort hul, som astronomerne ellers ville forvente.

Når en kæmpestor stjerne falder sammen p.g.a. dens egen tyngdekraft under en supernova-eksplosion, bliver den til enten en neutronstjerne eller et sort hul. En magnetar er en sjælden og eksotisk form for en neutronstjerne, og ligesom alle disse mærkelige objekter er den meget lille med ekstremt stor massefylde – blot en teskefuld neutronstjernestof ville veje milliarder af tons. Men magnetarer er oven i købet utroligt stærke magneter. Magnetaroverflader udsender store mængder gamma –stråling når de oplever et såkaldt 'starquake' (stjerneskælv), p.g.a. den enorme spænding i deres skorpe.

Stjernehoben Westerlund 1 [1] ligger 16.000 lysår fra Jorden i det sydlige stjernebillede Alteret. Hoben er vært for en af Mælkevejens to dusin kendte magnetarer. Magnetaren kaldes for CXOU J164710.2-455216, og den har længe været en gåde for astronomer.

"Vi har vist i vores tidligere arbejde (eso1034) at Westerlund 1's magnetar (eso0510) måtte være blevet født under det eksplosive dødsfald af en stjerne 40 gange så massiv som Solen. Men denne løsning har et problem idet en så stor stjerne plejer at blive til et sort hul når den dør, ikke en neutronstjerne. Vi kunne ikke forstå, hvordan den kunne blive til en magnetar," siger Simon Clark, der er førsteforfatter til en ny videnskabelig artikel om resultaterne.

Forskerholdet er kommet med en løsning til denne gåde. De foreslår, at magnetaren blev dannet som følge af vekselvirkninger mellem to meget store stjerner, der dannede et dobbeltstjernesystem hvor de to stjerner var så tæt på hinanden, at systemet kunne have været inden for Jordens omløbsbane om Solen. Hidtil er ingen makkerstjerne blevet fundet tæt på magnetaren i Westerlund 1. Derfor har astronomerne brugt ESOs VLT for at lede efter makkerstjernen i andre dele af hoben. De gik på jagt efter 'runaway stars' (flugtstjerner) – objekter der er på vej ud af hoben med høje hastigheder. Disse stjerner kunne være blevet slynget ud af hoben af den supernova, der skabte magnetaren. De fandt faktisk en stjerne i hoben, med navn Westerlund 1-5[2], der flygter nøjagtigt som forventet.

"Denne stjerne bevæger sig med den forventede høje hastighed, som om den er blevet sparket af en supernova-eksplosion, men den også har kombinationen af lav masse, høj luminositet og et højt indhold af kulstof, der formodentligter umuligt at kan være dannet i en enkel tstjerne. Det er det endelige bevis der viser, at stjernen blevet dannet med en dobbelt-stjerne-makker, " tilføjer Ben Ritchie (Open University, Storbritannien), der er medforfatter for den nye artikel.

Resultatet har ledt astronomerne til en rekonstruktion af stjernens livshistorie, der kunne føre til en magnetar som enderesultat i stedet for et sort hul [3]. I den første fase af denne proces begynder den tungeste af de to stjerner at løbe tør for brændstof, og mister derfor sine yderste lag til dens mindre makker, hvis skæbne er at blive til en magnetar. Den mindre makker begynder at roterer hurtigere og hurtigere, og det er denne voldsomme rotation, der er den vigtige ingrediens for dannelsen af magnetarens ultra-stærke magnetiske felt.

I den anden fase er den lille makker blevet så stor, at den selv begynder at miste sine yderste lag, som var blevet samlet fornyligt. Det meste af dette stof går tabt, men lidt af det opsamles af den oprindelige store stjerner, der stadigvækses som Westerlund 1-5.

"Processen med at sende stof frem og tilbage mellem stjernerne, har givet Westerlund 1-5 dens enestående kemiske sammensætning og har gjort det muligt for dens lille makker at miste så meget af sit stof at en magnetar blevet dannet i stedet for et sort hul – det er som et pakkeleg med kosmiske følger," siger Francisco Najarro (Centro de Astrobiologia, Spanien).

Det virker som om et dobbelt-stjernesystem er en nødvendighed for at danne en magnetar. Den hurtige rotation p.g.a. masseoverførelse mellem stjernerne er nødvendig for at generere det ultra-stærke magnetiske felt, men den omvendte masseoverførelse gør det muligt for den kommende magnetar at slanke sig nok at undgå at blive til et sort hul på dødspunktet. 

Noter

[1] Den åbnehob Westerlund 1 blev opdaget i 1961 da den svenske astronom, Bengt Westerlund, observerede den fra Australien. Senere flyttede han derfra for at blive ESOs direktør i Chile fra 1970 til 1974. Denne hob er gemt bag en enorm sky af gas og støv, der blokerer det meste af hobens synlige lys. Lysstyrken er svækket med en faktor 100.000, og derfor har det taget så længe at afsløre hobens sande karakter.
Westerlund 1 er et enestående naturligt laboratorium for at studere fysik under ekstreme vilkår i stjerner, der hjælper astronomerne til at forstå, hvordan Mælkevejens allerstørste stjerner lever og dør. Astronomerne har konkluderet fra deres observationer, at denne ekstreme hob indeholder ikke mindre end 100.000 gange så meget stof som Solen, men dens stjerner ligger indenfor et område, der er mindre end 6 lysår i diameter. Westerlund 1 er formodentligt den mest massive og kompakte unge hob, der hidtil er set i Mælkevejen.
Alle stjernerne, der endnu er blevet analyseret i Westerlund 1, har mindst 30 til 40 gange så meget masse som Solen. Westerlund 1 derfor må være meget ung, astronomisk set, fordi meget store stjerner har meget korte levetider. Astronomer skønner hobens alder til at være mellem 3.5 og 5 millioner år. Westerlund 1 er åbenbart en nyfødt hob i vores galakse.

[2] Stjernens fulde navn er Cl* Westerlund 1W5.

[3] Stjerners kemiske sammensætning ændrer sig efterhånden som de bliver ældre p.g.a. kernereaktioner i deres indre. Grundstofferne, der er brændstoffet for reaktionerne, forsvinder og de nyskabte grundstoffer ophobes i stjernen. Stjernenes kemiske fingeraftryk begynder med en overvægt af brint og kvælstof men meget lidt kulstof. Det er først sent i en stjernes udvikling, at den indeholder meget kulstof, og på det tidspunkt er brint og kvælstof mindre hyppigt. Så vidt vi ved, er det umuligt for enkelt-stjerner samtidigt at være rige på brint, kvælstof og kulstof, som det er tilfældet med Westerlund 1-5. 

Mere information

Resultaterne i denne ESO pressemeddelelse udgives snart i det videnskabelige tidskrift Astronomy and Astrophysics ("A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: IV .Wd1-5 binary product and a pre-supernova companion for the magnetar CXOU J1647-45" af J. S. Clark et al.) Det samme hold udgav det første studie af dette objekt i 2006 ("A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1" af M. P. Muno et al., Astrophysical Journal, 636, L41).

Forskerholdet består af Simon Clark and Ben Ritchie (The Open University, Storbritannien), Francisco Najarro (Centro de Astrobiología, Spanien), Norbert Langer (Universität Bonn, Tyskland, and Universiteit Utrecht, Holland) and Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Spanien).

Astronomerne brugte FLAMES-instrumentet på ESOs Very Large Telescope ved Paranal, Chile, for at undersøge stjernerne i den åbne hob Westerlund 1. 

ESO er den mest fremtrædende internationale astronomi-organisation i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. ESO har i dag følgende 15 medlemslande: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrig, Holland, Italien, Portugal, Schweiz og Storbritannien, Spanien, Sverige, Tjekkiet, Tyskland og Østrig. ESOs aktiviteter er fokuseret på design, konstruktion og drift af jordbaserede observationsfaciliteter for at muliggøre vigtige videnskabelige opdagelser inden for astronomi. ESO spiller også en ledende rolle for at fremme og organisere samarbejdet inden for astronomisk forskning. I Chile driver ESO tre unikke observatorier i verdensklasse: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO Very Large Telescope (VLT), der er verdens mest avancerede astronomiske observatorium til observationer i synligt lys samt to kortlægningsteleskoper. VISTA arbejder i infrarødt lys og er verdens største kortlægningsteleskop, mens VLT Survey Telescope (VST) er det største teleskop, der udelukkende er bygget til at kortlægge himlen i synligt lys. ESO er den europæiske partner i et revolutionerede astronomisk teleskop kaldet ALMA, det største igangværende astronomiske projekt. ESO planlægger i øjeblikket et 39 meter optisk/nær-infrarødt teleskop kaldet European Extremely Large Telescope (E-ELT), der vil blive "verdens største øje mod himlen". 

Links

 

• Videnskabelig artikel i Astronomy og Astrophysics
•  Billeder af VLT 

Kontakter

Simon Clark
The Open University
Milton Keynes, United Kingdom
Tel: +44 207 679 4372
E-mail: jsc@star.ucl.ac.uk

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal and E-ELT Press Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1415 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.