Lehdistötiedote

Tähdet paljastavat nuorekkaan ulkonäön salaisuudet

19. joulukuuta 2012

Jotkut ihmiset ovat loistokunnossa 90 vuoden ikäisinä, kun taas toiset ovat raihnaisia ennen kuin täyttävät 50. Me tiedämme, että ihmisten ikääntymisen nopeus on vain löyhästi sidoksissa heidän todelliseen ikäänsä — sillä on todennäköisesti enemmän tekemistä heidän elämäntyylinsä kanssa. Sekä ESO:n La Sillan observatorion MPG/ESO 2.2-metrin teleskooppia että NASA:n ja ESA:n Hubblen avaruusteleskooppia käyttänyt uusi tutkimus paljastaa, että sama pätee myös tähtijoukoille.

Pallomaiset tähtijoukot ovat pallonmuotoisia tähtien keskittymiä, joissa tähdet ovat tiiviisti yhteisen painovoimakenttänsä yhteen sitomia. Tyypillisesti 12—13 miljardin vuoden ikäisinä ne ovat maailmankaikkeuden varhaisten aikojen jäänteitä (alkuräjähdys tapahtui 13.7 miljardia vuotta sitten).  Linnunradassa on karkeasti arvioiden 150 pallomaista tähtijoukkoa ja niissä on monia galaksimme vanhimmista tähdistä.

Vaikka tähdet ovat vanhoja ja tähtijoukot muodostuivat kaukaisessa menneisyydessä, MPG/ESO 2.2-metrin teleskooppia sekä NASA:n ja ESA:n Hubblen avaruusteleskooppia käyttäneet tähtitieteilijät ovat kuitenkin havainneet, että jotkin näistä tähtijoukoista ovat sisimmältään nuoria. Tutkimustulokset julkaistaan tiedejulkaisu Naturen numerossa 20. joulukuuta 2012.

"Vaikka kaikki nämä tähtijoukot muodostuivat miljardeja vuosia sitten," sanoo Francesco Ferraro (Bolognan yliopisto, Italia), havainnon tehneen tutkimusryhmän johtaja, "ihmettelimme voisivatko jotkin niistä ikääntyä nopeammin tai hitaammin kuin toiset. Tutkimalla tietyntyyppisiä tähtijoukoista löytyviä sinisiä tähtiä totesimme, että jotkin tähtijoukot ovat todellakin kehittyneet elämänsä aikana paljon nopeammin, ja me kehitimme tavan mitata ikääntymisen nopeus."

Tähtijoukot muodostuvat lyhyessä ajassa, mikä tarkoittaa sitä, että kaikki niissä olevat tähdet ovat jokseenkin samanikäisiä. Koska kirkkaat, suurimassaiset tähdet kuluttavat polttoaineensa loppuun nopeasti ja tähtijoukot ovat hyvin vanhoja, niissä pitäisi loistaa enää pienimassaisia tähtiä.

Näin ei kuitenkaan näytä olevan: tietyissä tilanteissa tähdet voivat saada uuden purskeen elämää lisäpolttoaineen muodossa, mikä suurentaa niitä ja kirkastaa niitä huomattavasti. Tämä voi tapahtua, jos yksi tähti vetää puoleensa materiaa läheisestä naapuristaan, tai jos ne törmäävät. Uudelleen elvytettyjä tähtiä kutsutaan sinisiksi harhailijoiksi [1] ja niiden suuri massa ja kirkkaus ovat tämän tutkimuksen ytimessä olevia ominaisuuksia.

Tähtijoukon ikääntyessä raskaammat tähdet vajoavat kohti sen keskustaa sedimentaatiota muistuttavassa prosessissa. Sinisten harhailijoiden suuret massat tarkoittavat, että tämä prosessi vaikuttaa niihin voimakkaasti, kun taas niiden kirkkaus tekee niistä helposti havaittavia [2].

Ymmärtääkseen tähtijoukkojen ikääntymistä paremmin tutkimusryhmä kartoitti sinisten harhailijoiden sijainnit 21:ssä pallomaisessa tähtijoukossa. Tämä on näkyvillä muiden observatorioiden [3] ohella MPG/ESO 2.2-metrin teleskoopilla sekä NASA:n ja ESA:n Hubblen avaruusteleskoopilla otetuista kuvista. Hubblelta saatiin suuren tarkkuuden kuvia 20 tähtijoukon tungokseen asti täysistä keskustoista, kun taas maanpäällisten teleskooppien kuvat tarjosivat laajemman näkökentän näkymän niiden harvempiin ulko-osiin.

Tutkimusryhmä totesi havaintoaineistoa analysoimalla, että jotkin tähtijoukot vaikuttivat nuorilta sinisten harhailijoiden esiintyessä joka puolella niitä, kun taas suurempi joukko vaikutti vanhoilta sinisten harhailijoiden kasaannuttua keskustaan. Kolmannen joukon ikääntyminen oli kesken keskustaa lähinnä olevien tähtien vaeltaessa ensin sisemmäs ja ulompien tähtien vähitellen vajotessa kohti keskustaa.

"Koska nämä tähtijoukot muodostuivat jokseenkin samaan aikaan, tämä paljastaa suuria eroja tähtijoukkojen kehittymisen nopeudessa," sanoi Barbara Lanzoni (Bolognan yliopisto, Italia), yksi tutkimuksen kirjoittajista. "Nopeasti ikääntyvien tähtijoukkojen tapauksessa ajattelemme, että sedimentaatioprosessi valmistuu jokusen sadan miljoonan vuoden aikana, kun taas hitaimmilla se kestää useita kertoja maailmankaikkeuden nykyisen iän verran."

Tähtijoukon raskaimpien tähtien vajotessa kohti keskustaa tähtijoukko kokee ennen pitkää ilmiön, jota kutsutaan ytimen luhistumiseksi. Siinä tähtijoukon keskusta pakkautuu äärimmäisen tiheäksi. Ytimen luhistumiseen johtavat prosessit ymmärretään melko hyvin ja riippuvat tähtien määrästä, tiheydestä ja liikenopeudesta. Sitä kuinka nopeasti luhistuminen tapahtuu ei kuitenkaan tiedetty ennen kuin nyt [4]. Tämä tutkimus tarjoaa ensimmäisen kokeellisen todisteen eri pallomaisten tähtijoukkojen ikääntymisen nopeudesta.

Lisähuomiot

[1] Siniset harhailijat ovat saaneet nimensä sinisestä väristään ja siitä, että ne ovat kehityksessä jäljessä naapureitaan.

[2] Sinisissä harhailijoissa yhdistyy pallomaisten tähtijoukkojen tähtiin nähden sekä suhteellisen suuri kirkkaus että suuri massa, mutta ne eivät ole näiden joukkojen ainoita kirkkaita tai massiviisia tähtiä.

Punaiset jättiläiset ovat kirkkaampia, mutta ne ovat huomattavasti pienempiä, ja siksi sedimentaatioprosessi ei vaikuta niihin samalla tavalla. (On helppo erottaa nämä sinisistä harhailijoista selvästi poikkeavan värinsä ansiosta.)

Miljardeja vuosia sitten pallomaisten tähtijoukkojen varhaisessa historiassa räjähtäneiden paljon Aurinkoa suurempien tähtien erittäin tiheät ytimet, neutronitähdet, ovat massaltaan verrannollisia sinisiin harhailijoihin ja niihin vaikuttaa sedimentaatioprosessi, mutta niitä on uskomattoman vaikea havaita ja siksi eivät ole hyödyllisiä tämän tutkimuksen kannalta.

Siniset harhailijat ovat tähtijoukkojen ainoita tähtiä, joissa yhdistyy suuri massa ja suuri kirkkaus.

[3] Tässä tutkimuksessa mukana olleista 21 tähtijoukosta 20 tutkittiin Hubblella, 12 MPG/ESO 2.2-metrin teleskoopilla, 8 Canada-France-Hawaii -teleskoopilla ja yhtä NAOJ:n Subaru-teleskoopilla.

[4] Tällainen nopeus riippuu monimutkaisin tavoin tähtien lukumäärästä, tiheydestä ja nopeudesta tähtijoukossa. Kaksi ensimmäistä määrettä on suhteellisen helppo mitata, mutta nopeus ei ole. Näistä syistä aikaisemmat arviot pallomaisten tähtijoukkojen dynaamisesta iästä perustuivat vain teoreettisiin argumentteihin, kun taas uusi menetelmä mahdollistaa täysin kokeelliset mittaukset.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "Dynamical age differences amongst coeval star clusters as revealed by blue stragglers", kirjoittajinaan R. R. Ferraro et al. Se ilmestyy tiedejulkaisu Naturen numerossa 20. joulukuuta 2012.

Tutkimusryhmään kuuluvat F. R. Ferraro (Bolognan yliopisto, Italia), B. Lanzoni (Bolognan yliopisto), E. Dalessandro (Bolognan yliopisto), G. Beccari (ESO, Garching, Saksa), M. Pasquato (Bolognan yliopisto), P. Miocchi (Bolognan yliopisto), R. T. Rood (Virginian yliopisto, Charlottesville, USA), S. Sigurdsson (Pennsylvania State University, USA), A. Sills (McMaster University, Hamilton, Kanada), E. Vesperini (Indianan yliopisto, Bloomington, USA), M. Mapelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Italia), R. Contreras (Bolognan yliopisto), N. Sanna (Bolognan yliopisto), A. Mucciarelli (Bolognan yliopisto).

Tämä tutkimus on osa Cosmic-Lab -projektia (www.cosmic-lab.eu), jota rahoittaa ERC (European Research Council) kokonaisuudessaan 1.8 miljoonan euron summalla viiden vuoden aikana. Euroopan unionin vuonna 2007 perustama ERC pyrkii kannustamaan Euroopan erinomaisuutta tieteessä rohkaisemalla kaikkein parhaiden ja luovimpien tutkijoiden kilpailua rahoituksesta kansallisuudesta ja iästä riippumatta. Perustamisensa jälkeen ERC on rahoittanut yli 2500 tutkijaa ja heidän tieteen eturintaman tutkimusprojektejaan kautta koko Euroopan. ERC toimii tutkijavetoisesti antaen tutkijoiden tunnistaa uusia mahdollisuuksia kaikilla tutkimusaloilla (fysikaaliset tieteet ja tekniikka, biotieteet, sekä yhteiskuntatiede ja humanistiset tieteet). Siitä on myös tullut mittapuu arvioitaessa kansallisten tutkimusjärjestelmien kilpailukykyä ja se täydentää olemassaolevia rahoitusmekanismeja sekä kansallisilla että koko Euroopan tasolla. ERC on EU:n seitsemännen tieteen puiteohjelman uusin komponentti ja sen kokonaisbudjetti on 7.5 miljardia euroa vuosien 2007 ja 2013 välillä. Viime vuonna Euroopan komissio esitti merkittävää lisäystä ERC:n budjettiin vuosille 2014–2020 uuden puiteohjelman sisällä ('Horizon 2020'). ERC koostuu toimeenpanevasta elimesta ja tiedeneuvostosta. Tiedeneuvosto koostuu 22 huippututkijasta ja se päättää ERC:n tieteellisen strategian. ERC:n johdossa on puheenjohtaja, professori Helga Nowotny ja tiedeneuvostoa edustaa Brysselissä pääsihteeri, professori Donald Dingwell. ERC:n toimeenpaneva elin toteuttaa erityisohjelmaa "Ideas" (ideat) ja sitä johtaa pääjohtaja Pablo Amor (määräaikainen).

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 39-metrin kokoista optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Hubblen lehdistötiedote
• Valokuvia MPG/ESO 2.2-metrin teleskoopista
• Muita kuvia, jotka on otettu MPG/ESO 2.2-metrin teleskoopilla
• Valokuvia La Sillasta

Yhteystiedot

Francesco Ferraro
University of Bologna
Italy
Puh.: +39 051 209 5774
Sähköposti: francesco.ferraro3@unibo.it

Barbara Lanzoni
University of Bologna
Italy
Puh.: +39 051 209 5792
Sähköposti: barbara.lanzoni3@unibo.it

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

Oli Usher
Hubble/ESA
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6855
Sähköposti: ousher@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