Lehdistötiedote

Tähdet tulivat juuri isommiksi

300 Auringon massainen tähti löydetty

21. heinäkuuta 2010

Yhdistelemällä ESO:n VLT-kaukoputken (Very Large Telescope) havaintolaitteita tähtitieteilijät ovat löytäneet tähän asti kaikkein massiivisimman tähden. Sen syntymäpaino on enemmän kuin 300 kertaa Auringon massa, eli kaksi kertaa niin suuri kuin tähän asti hyväksytty 150 Auringon massan yläraja. Näiden hirviöiden, jotka ovat miljoonia kertoja kirkkaampia kuin Aurinko ja jotka kadottavat massaansa todella voimakkaissa tähtituulissa, olemassaolo saattaa antaa vastauksen kysymykseen ”kuinka massiivisia voivat tähdet olla?”

Ryhmä tähtitieteilijöitä joita johtaa Paul Crowther, tähtitieteen professori Sheffieldin Yliopistosta, on käyttänyt ESO:n VLT-kaukoputkea (Very Large Telescope) ja arkistodataa NASA/ESA Hubble avaruuskaukoputkelta tutkiakseen yksityiskohtaisesti kahta nuorta tähtijoukkoa, NGC 3603 ja RMC 163a. NGC 3603 on 22000 valovuoden päässä Auringosta sijaitseva kosiminen tehdas, jossa tähdet muodostuvat vimmatusti sumun laajoista kaasu- ja pölypilvistä (eso1005). RMC 136a (tunnetaan yleensa nimellä R136) on toinen joukko nuoria, massiivisia, kuumia tähtiä, joka sijaitsee Tarantella sumussa, yhdessä lähigalaksissamme Suuressa Magellanin pilvessä 165 000 valovuoden etäisyydellä (eso0613).

Tutkijaryhmä löysi useita tähtiä joiden pintalämpötila on yli 40 000 astetta, tämä on enemmän kuin seitsemän kertaa kuumempi kuin Aurinko, ja jotka ovat muutamia kymmeniä kertoja suurempia ja useita miljoonia kertoja kirkkaampia kuin Aurinkomme. Vertaus tähtimalleihin viittaa siihen, että useat näistä tähdistä olivat syntyessään yli 150 kertaa Auringon massaisia. Tähti R136a1, joka löydettiin R136 tähtijoukosta, on kaikkein massiivisin koskaan löydetty tähti. Sen nykyinen massa on 265 Auringon massaa ja syntymäpaino jopa 320 kertaa Auringon massa.

Käyttämiensä mallien varmentamiseksi tähtitieteilijät pystyivät NGC 3603:ssa myös suoraan mittaamaan kahden tähden massan jotka kuuluvat kaksoistähtijärjestelmään [1]. Tämän tähtijoukon tähdillä A1, B ja C on myös arvioidut syntymämassat yli tai lähellä 150:a Auringon massaa.

Erittäin massiiviset tähdet tuottavat todella voimakkaita ulosvirtauksia. ”Toisin kuin ihmiset nämä tähdet syntyvät painavina ja menettävät painoaan ikääntyessään”, sanoo Paul Crowther. ”Äärimmäisin näistä tähdistä, R136a1, on vähän yli miljoonan vuoden ikäinen ja täten ”keski-ikäinen”. Se on käynyt läpi intensiivisen painonpudotusohjelman jonka kautta se on menettänyt viidenneksen alkuperäisestä painostaan, noin viisikymmentä Auringon massaa.”

Jos 136a1 korvaisi Auringon meidän Aurinkokunnassamme se olisi yhtä paljon Aurinkoa kirkkaampi kuin Aurinko on nyt täysikuuta kirkkaampi. ”Sen valtaisa massa lyhentäisi Maan vuoden kolmen viikon mittaiseksi ja se kylpisi Maan uskomatoman voimakkaassa ultravioletti säteilyssä tehden elämän planeetallamme mahdottomaksi,” sanoo tutkijaryhmän jäsen Raphael Hirschi Keelen Yliopsitosta 

Nämä äärimmäisen massiiviset tähdet ovat todella harvinaisia ja niitä muodostuu vain kaikkein tiheimmissä tähtijoukoissa. Yksittäisten tähtien erottaminen – joka nyt pystyttiin tekemään ensimmäistä kertaa – vaatii VLT:n infrapunahavaintolaitteiden [2] erityisen hyvän erotuskyvyn.

Tutkijaryhmä myös arvioi suurimman mahdollisen tähtimäärän näissä tähtijoukoissa ja kaikkein massiivisimpien tähtien suhteellisen määrän. ”Kaikkein pienimmät mahdolliset tähdet ovat noin kahdeksankymmentä kertaa Jupiterin massaisia. Tämän rajan alapuolella ne ovat ”epäonnistuneita tähtiä”, niin sanottuja ruskeita kääpiöitä,” sanoo ryhmän jäsen Olivier Schnurr Astrophysikalisches Institut Potsdam:sta. ”Uusi löytömme tukee olettamusta, että tähdillä on myös yläraja sille miten suuriksi ne voivat kasvaa, mutta tuo raja nousee nyt kaksi kertaa suuremmaksi kuin ennen, noin 300 Auringon massaan.” 

R136:ssa vain neljä tähteä oli yli 150 Auringon massaa syntyessään, mutta silti ne ovat vastuussa melkein puolesta koko 100 000 tähteä sisältävän tähtijoukon tuuli- ja säteilyvoimasta. Yksin R136a1 laittaa ympäristöön viisikymmentä kertaa enemmän energiaa kuin Orionin sumun tähtijoukko, joka on meitä lähin massiivisten tähtien syntypaikka.

Massiivisten tähtien synnyn ymmärtäminen on todella askarruttavaa niiden hyvin lyhyen elinkaaren ja voimakkaiden tuulten takia. Näin äärimmäisen kohteen kuin R136a1 löytyminen nostaa teoreetikkojen haastetta entisestään. ”Joko ne ovat syntyneet niin massiivisina, tai sitten pienemmät tähdet liittyvät yhteen muodostaen ne”, selittää Crowther.

Tähdet joiden massa on 8 ja 150 Auringon massan välillä räjähtävät lyhyen elämänsä lopuksi supernovana ja jättävät jälkeensä eksoottisiä jäänteitä kuten neutronitähtiä ja mustia aukkoja. Nyt kun on löydetty tähtiä joiden massat ovat 150 ja 300 Auringon massan välillä avaa se oven äärimmäisen kirkkaiden supernovian mahdollisuudelle. Nämä niin sanotut ”pair-instability supernovat” räjäyttävät itsensä täysin jättämättä mitään jäännöstä jälkeensä. Samalla ne myös levittävät ympäristöönsä jopa kymmenen Auringon massan verran rautaa. Muutamaa kandidaattia tälläiselle räjähdykselle on jo ehdotettu viime vuosina.

R136a1 ei ole vain kaikkein massiivisin koskaan löydetty tähti, se on myös kaikkein kirkkain, melkein 10 miljoonaa kertaa kirkkaampi kuin Aurinko. ”Nämä hirviöt ovat niin harvinaisia että tätä ennätystä tuskin rikotaan lähiaikoina,” päättää Crowther.

Lisähuomiot

[1] Tähti A1 NGC 3603:ssa on kaksoistähti jonka kiertoaika on 3.77 päivää. Systeemin kahden tähden massat ovat 120 ja 92 Auringon massaa, joka tarkoittaa että syntyessään ne ovat vastaavasti olleet 148 ja 106 Auringon massaa.

[2] Tutkijaryhmä käytti SINFONI, ISAAC ja MAD havaintolaitteita jotka kaikki ovat ESO:n VLT-kaukoputkella (Very Large Telescope) Paranalilla Chilessä.

Lisätietoa

Nämä tutkimustulokset julkaistaan artikkelissa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -lehdessä (“The R136 star cluster hosts several stars whose individual masses greatly exceed the accepted 150 M_sun stellar mass limit”, P. Crowther et al.).

Ryhmä koostuu seuraavista henkilöistä: Paul A. Crowther, Richard J. Parker, and Simon P. Goodwin  (University of Sheffield, Yhdistyneet Kuningaskunnat), Olivier Schnurr (University of Sheffield and Astrophysikalisches Institut Potsdam, Saksa), Raphael Hirschi (Keele University, Yhdistyneet Kuningaskunnat), and Norhasliza Yusof and Hasan Abu Kassim (University of Malaya, Malesia).

ESO (European Southern Observatory, Euroopan eteläinen observatorio) on tähtitieteen keskeinen eurooppalainen hallitustenvälinen organisaatio. Se on tuottavuudella mitattuna maailman johtava tähtitieteellinen observatorio. Sen toimintaa tukee 14 maata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekki. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maassa sijaitsevien tutkimusvälineiden kehittämiseen, rakentamiseen ja toimintaan. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä tärkeitä tieteellisiä havaintoja. ESOlla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen ja kansainvälisen yhteistyön edistämisessä. ESOlla on Chilessä kolme huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESOlla on Paranalissa VLT-teleskooppi (Very Large Telescope), maailman kehittynein näkyvän valon aallonpituuksia havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, sekä VISTA, maailman suurin kartoituskaukoputki. ESO on maailman suurimman tähtitieteen alan projektin, täysin uudenlaisen ALMA-teleskoopin, eurooppalainen yhteistyökumppani. ESO suunnittelee 42-metristä E-ELT-teleskooppia (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, eurooppalainen erittäin suuri optinen/lähi-infrapuna-alueen teleskooppi), josta tulee maailman suurin tähtitaivasta tarkkaileva silmä.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu

Yhteystiedot

Paul Crowther
University of Sheffield
UK
Puh.: +44 114 222 4291
Matkapuhelin: +44 7946 638 474
Sähköposti: Paul.Crowther@sheffield.ac.uk

Olivier Schnurr
Astrophysikalisches Institut Potsdam
Potsdam, Germany
Puh.: +49 331 7499 353
Sähköposti: oschnurr@aip.de

Henri Boffin
ESO, La Silla, Paranal and E-ELT Press Officer
Garching, Germany
Puh.: +49 89 3200 6222
Matkapuhelin: +49 174 515 43 24
Sähköposti: hboffin@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