Lehdistötiedote

Kuinka suuri massa tarvitaan mustaan aukkoon?

tähtitieteilijät haastavat nykyteorioita

18. elokuuta 2010

Käyttäen ESO:n VLT (Very Large Telescope) teleskooopia, eurooppalaiset tähtitieteilijät ovat ensimmäisinä osoittaneet että magnetar — epätavallinen neutronitähti — syntyi vähintään 40 Auringon massaisesta tähdestä. Tämä löytö asettaa suuria haasteita nykyisille tähtien kehitysteorioille, sillä näin massiivisen tähden on oletettu kehittyvän mustaksi aukoksi eikä magnetariksi. Tämä nostaa esille keskeisen kysymyksen: kuinka massiivinen tähden pitää todella olla tullakseen mustaksi aukoksi?

Tähtitieteilijät tutkivat epätavallista tähtijoukkoa Westerlund 1 [1], joka sijaitsee 16 000 valovuoden päässä eteläisessä Aran (Alttarin) tähdistössä. Aiemmat tutkimukset (eso0510) olivat osoittaneet että Westerlund 1 on lähin tunnettu supertähtijoukko, sisältäen satoja hyvin massiivisia tähtiä, jotkut yhtä kirkkaita kuin lähes miljoona Aurinkoa ja jotkut kooltaan n. kaksi tuhatta Auringon halkaisijaa (yhtä suuria kuin Saturnuksen rata).

“Jos Aurinko sijaitsisi tämän merkillisen tähtijoukon sydämessä, yötaivaallamme olisi satoja yhtä kirkkaita tähtiä kuin täysikuu,” sanoo Ben Ritchie, näistä tuloksista raportoivan julkaisun pääkirjoittaja.

Westerlund 1 on fantastinen tähtitarha, jossa on monipuolinen ja eksoottinen tähtipopulaatio. Tähtijoukon tähdillä on yksi yhteinen ominaisuus: ne ovat kaikki samanikäisiä, arviolta 3.5 - 5 miljoonaa vuotta vanhoja, sillä joukko muodostui yhdessä tähtien syntytapahtumassa.

Magnetar (eso0831) on neutronitähti jolla on uskomattoman voimakas magneettikenttä  — miljoona miljardia kertaa voimakkaampi kuin Maalla — ja joka syntyy kun tietyn tyyppiset tähdet räjähtävät supernovana.  Westerlund 1 -joukossa on yksi harvoista Linnunradassa tunnetuista magnetareista. Koska se sijaitsee tähtijoukossa, tähtitieteilijät pystyivät päättelemään että magnetarin on täytynyt syntyä vähintään 40 Auringon massaisesta tähdestä.

Koska kaikki Westerlund 1:n tähdet ovat samanikäisiä, magnetar-jäännöksen tuottanut räjähtänyt tähti on elänyt lyhyemmän ajan kuin joukon jäljellä olevat tähdet. “Tähden elinikä on suoraan verrannollinen sen massaan — mitä painavampi tähti, sitä lyhyempi sen elinikä — joten jos voimme määrittää minkä tahansa jäljellä olevan tähden massan, tiedämme varmasti että lyhytikäisemmän tähden josta tuli magnetar on täytynyt olla vielä massiivisempi” sanoo julkaisun kirjoittaja ja tutkimusryhmän johtaja Simon Clark. “Tämä on hyvin merkittävää koska sellaisten äärimmäisen magneettisten kohteiden synnylle ei ole yleisesti hyväksyttyä teoriaa.”

Tähtitieteilijät tutkivat tähtiä jotka kuuluvat pimennyskaksoissysteemiin W13 Westerlund 1:ssä, koska sellaisessa systeemissä massat voidaan määrittää suoraan tähtien liikkeistä.

Vertaamalla näihin tähtiin, he huomasivat että magnetariksi muuttuneen tähden on täytynyt olla ainakin 40 Auringon massainen. Tämä osoittaa ensimmäistä kertaa että magnetarit voivat kehittyä hyvin massiivisista tähdistä, joiden yleensä on oletettu muodostavan mustia aukkoja. Aiemmin oletettiin että tähdet joiden alkuperäinen massa on 10 - 25 Auringon massaa muodostaisivat neutronitähtiä ja yli 25 Auringon massaiset tuottaisivat mustia aukkoja.

“Näiden tähtien täytyy päästä eroon yli yhdeksästä kymmenesosasta massaansa ennen räjähtämistään supernovana, muuten ne olisivat sen sijaan luoneet mustan aukon,” sanoo julkaisun kirjoittaja Ignacio Negueruela. “Nämä valtavat massan menetykset ennen räjähdystä  asettavat suuria haasteita nykyisille tähtien kehitysteorioille.”

“Siksi esille tulee ohdakkeinen kysymys: kuinka massiivinen tähden pitää todella olla romahtaakseen mustaksi aukoksi jos yli 40 kertaa Aurinkoa painavammat tähdet eivät siihen pysty?” päättelee julkaisun kirjoittaja Norbert Langer.

Tähtitieteilijöiden suosima syntymekanismi olettaa että magnetariksi muuttunut tähti  — edeltäjä — syntyi yhdessä toisen tähden kanssa. Näiden tähtien kehittyessä ne aloittivat vuorovaikutuksen, jossa niiden rataliikkeestä syntynyt energia poisti tarvittavan valtavan massan edeltäjätähdestä. Seuralaistähteä ei näy magnetarin lähistöllä, mikä voi olla seurausta siitä että magnetarin synnyttänyt supernova aiheutti kaksoissysteemin hajoamisen, poistaen molemmat tähdet suurella nopeudella tähtijoukosta.

“Tämä viittaisi siihen että kaksoissysteemit voivat olla avainasemassa tähtien kehityksessä, ohjaten massan menetystä — äärimmäinen kosminen ‘laihdutuskuuri’ raskaansarjan tähdille, joka poistaa yli 95% niiden alkuperäisestä massasta,” päättelee Clark.

Lisähuomiot

[1] Avoimen tähtijoukon Westerlund 1 löysi vuonna 1961 Australiassa ruotsalainen tähtitieteilijä  Bengt Westerlund, joka toimi myöhemmin ESO:n johtajana Chilessä (1970–74). Tämä joukko on valtavan tähtienvälisen kaasu- ja pölypilven takana, estäen näkyvän valon havaitsemisen himmennyskertoimella joka on yli 100 000. Tästä syystä tämän tähtijoukon todellisen luonteen selvittäminen on kestänyt näin kauan.

Westerlund 1 on ainutlaatuinen laboratorio jossa tutkia äärimmäistä tähtien fysiikkaa, auttaen tähtitieteilijöitä selvittämään kuinka Linnunratamme kaikkein massiivisimmat tähdet elävät ja kuolevat. Havaintojensa perusteella tähtitieteilijät päättelevät että tämän äärimmäisen  tähtijoukon massa on todennäköisesti ainakin 100 000 Auringon massaa ja kaikki sen tähdet sijaitsevat alueella jonka halkaisija on alle 6 valovuotta. Westerlund 1 näyttää siten olevan kaikkein massiivisin kompakti nuori tähtijoukko Linnunradassa.

Kaikki tähän mennessä analysoidut tähdet Westerlund 1:ssä ovat ainakin 30–40 Auringon massaisia. Koska sellaisten tähtien elinikä on varsin lyhyt  — tähtitieteellisesti puhuen — Westerlund 1:n on oltava hyvin nuori. Tähtitieteiljiöiden määrittämä ikä on 3.5 ja 5 miljoonan vuoden välillä. Westerlund 1 on siis selvästi “vastasyntynyt” joukko galaksissamme.

Lisätietoa

Tässä ESO:n tutkimustiedotteessa esitetty tutkimus julkaistaan pian Astronomy and Astrophysics -lehdessä (“A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: II. Dynamical constraints on magnetar progenitor masses from the eclipsing binary W13”, by B. Ritchie et al.). Sama ryhmä julkaisi ensimmäisen tutkimuksen tästä kohteesta vuonna 2006 (“A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1”, by M.P. Muno et al., Astrophysical Journal, 636, L41).

Ryhmään kuuluvat Ben Ritchie ja Simon Clark (The Open University, Iso-Britannia), Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Espanja) ja Norbert Langer (Universität Bonn, Saksa ja Universiteit Utrecht, Alankomaat).

Tähtitieteilijät käyttivät FLAMES-instrumenttia ESO:n Very Large Telescope'lla Paranalilla, Chilessä tutkiakseen Westerlund 1 -joukon tähtiä.

ESO, Euroopan eteläinen observatorio, on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 14 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tsekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja operoimiseen. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä tärkeitä 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, sekä VISTA, maailman suurin kartoitusteleskooppi. ESO on maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, vallankumouksellisen ALMA-teleskoopin, eurooppalainen yhteistyökumppani. ESO myös suunnittelee 42-metristä optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee maailman suurin “tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Lisätietoa: Black Hole Press Kit

Yhteystiedot

Simon Clark
The Open University
UK
Puh.: +44 207 679 4372
Sähköposti: jsc@star.ucl.ac.uk

Ignacio Negueruela
Universidad de Alicante
Alicante, Spain
Puh.: +34 965 903400 ext 1152
Sähköposti: ignacio.negueruela@ua.es

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal and E-ELT Press 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