Pressmeddelande

Så ser man ung ut - enligt stjärnorna

19 december 2012

Vissa är i gott skick även vid 90 års ålder medan andra blir skröpliga innan 50-årsdagen. Hur snabbt människor åldras är bara löst kopplat till hur gamla de egentligen är och kan ha mer med livsstil att göra. En ny studie gjord med MPG/ESO:s 2,2-metersteleskop vid ESO:s La Silla-observatorium och NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble visar att samma sak gäller även stjärnhopar.

Klotformiga stjärnhopar (eller klothopar) är, precis som namnet antyder, sfäriska samlingar av stjärnor. Dessa är tätt bundna till varandra tack vare gravitationskraften. De är reliker från universums barndom och bildades för ungefär 12 - 13 miljarder år sedan (jämför med stora smällen som skedde för 13.7 miljarder år sedan). Det finns ungefär 150 klothopar i Vintergatan och de innehåller många av galaxens äldsta stjärnor.

Även om stjärnorna är gamla och klothoparna bildades för länge sedan är vissa av de här hoparna fortfarande unga i sinnet. Den slutsatsen dras av astronomer som studerat dem med hjälp av MPG/ESO:s 2,2-metersteleskop och NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble. Resultaten presenteras den 20 december 2012 i tidskriften Nature.

Francesco Ferraro vid italienska Universitetet i Bologna har lett teamet som gjort upptäckten.

– Dessa klothopar bildades för många miljarder år sedan. Ändå undrade vi om några av dem åldrades snabbare eller långsammare än andra. Genom att studera fördelningen av en typ av blå stjärna som finns i dessa hopar, upptäckte vi att vissa av dem verkligen hade utvecklats mycket snabbare. Dessutom utvecklade vi ett sätt att mäta hur snabbt åldrandet går.

Stjärnhopar bildas snabbt, vilket innebär att alla stjärnor i en hop brukar vara ungefär lika gamla. Eftersom de tyngre stjärnorna som lyser starkast förbrukar sitt bränsle på kort tid, och de klotformiga stjärnhoparna är väldigt gamla, borde det idag bara vara deras lätta stjärnor som fortfarande lyser.  

Detta verkar dock inte vara fallet. Vid vissa omständigheter kan stjärnornas liv förlängas om de får nytt bränsle, vilket gör att de börjar lysa mycket starkare. Detta kan hända om en stjärna drar material från en grannstjärna, eller om stjärnor kolliderar. De återupplivade stjärnorna kallas blå eftersläntrare [1], och deras höga massa och ljusstyrka är egenskaper som är viktiga för den här studien.

När en stjärnhop åldras sjunker tyngre stjärnor mot mitten av hopen, i en process som liknar sedimentation. Då de blå eftersläntrarna är tyngre påverkas de starkt av den processen. De är också relativt enkla att observera tack vare att de lyser starkare än andra stjärnor [2].

För att bättre förstå hur klothoparna åldras mätte teamet upp positionerna för blå eftersläntrare i 21 klotformiga stjärnhopar. Till detta använde de bilder tagna med MPG/ESO:s 2,2-metersteleskop, Hubbleteleskopet, samt andra observatorier [3]. Hubbleteleskopet bidrog med detaljerade bilder av 20 av hoparnas trånga centrum, medan bilderna tagna från marken gav vidvinkelbilder av de mindre röriga yttre delarna.

När observationerna analyserades såg man att att vissa av klothoparna verkade unga, med blå eftersläntrare fördelade genom hela hopen. Andra såg gamla ut, med blå eftersläntrarare samlade i hopens mitt. En tredje grupp var mitt i åldringsprocessen. Där rörde sig stjärnorna närmast hopens mitt inåt först, och sedan fortsatte de yttre stjärnorna att sjunka inåt mot mitten.

– Eftersom alla hoparna bildades ungefär samtidigt har vi kunnat se stora skillnader i hur snabbt de utvecklats. I hoparna som utvecklas snabbast tror vi att sedimenteringsprocessen kan vara avklarad på bara några hundra miljoner år, medan för de långsammaste skulle det ta flera gånger universums nuvarande ålder, säger Barbara Lanzoni vid Universitetet i Bologna, Italien, en medförfattare till studien.

När de tyngsta stjärnorna i en klothop sjunker mot mitten, genomgår hopen så småningom ett fenomen som kallas kärnkollaps. När det händer buntas stjärnorna mycket tätt i mitten av hopen. Forskarna förstår i stora drag processerna som leder fram till kärnkollapsen, vilka beror på antal, täthet och hastighet hos stjärnorna. Men hur fort dessa egenskaper ändras var tidigare inte känt [4]. Den här studien ger det första empiriska beviset på hur snabbt olika klotformiga stjärnhopar åldras.

Noter

[1] Blå eftersläntrare har fått sitt namn på grund av sin blå färg, och att de utvecklas långsammare än sina grannar.

[2] Jämfört med de flesta stjärnorna i en klotformig stjärnhop lyser blå eftersläntrare starkare och har högre massa. De är dock inte de enda stjärnorna i en klothop som är antingen ljusstarka eller tunga.

Röda jättestjärnor lyser starkare, men de är inte alls lika tunga, och påverkas därför inte av sedimentationsprocesserna på samma sätt. De är också tack vare färgen lätta att skilja från blå eftersläntrare.

Neutronstjärnor, de extremt täta kärnorna av stjärnor som innan de exploderade flera miljarder år sedan vägde mycket mer än solen, är ungefär lika tunga som blå eftersläntrare, och påverkas därför på liknande sätt av sedimenteringsprocesserna. De är dock oerhört svåra att observera och passar därför inte att användas i en sådan här studie.

De blå eftersläntrarna är de enda av hoparnas stjärnor som är både tunga och ljusstarka.

[3] Av de 21 klothoparna som studerades, observerades 20 med Hubbleteleskopet, 12 med MPG/ESO:s 2.2 metersteleskop, åtta med Canada-France-Hawaii teleskopet och en med Subaruteleskopet, som tillhör NAOJ.

[4] Hur snabbt egenskaperna hos stjärnorna förändras beror på ett komplicerat sätt på antalet stjärnor, hur tätpackade de är och hur fort de rör sig i hopen. Medan stjärnoras antal och densitet är ganska enkla att mäta, är hastigheten svårare att uppskatta och har tidigare bara kunnat baseras på teoretiska resonemang. Den nya metoden gör att stjärnornas hastigheter kan för första gången mätas upp empiriskt.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en artikeln “Dynamical age differences amongst coeval star clusters as revealed by blue stragglers” av F. R. Ferraro och medförfattare, som publiceras i tidskriften Nature den 20 December 2012.

Teamet består av F. R. Ferraro (Universitet i Bologna, Italien), B. Lanzoni (Universitet i Bologna), E. Dalessandro (Universitet i Bologna), G. Beccari (ESO, Garching, Tyskland), M. Pasquato (Universitet i Bologna), P. Miocchi (Universitet i Bologna), R. T. Rood (University of Virginia, Charlottesville, USA), S. Sigurdsson (Pennsylvania State University, USA), A. Sills (McMaster University, Hamilton, Kanada), E. Vesperini (Indiana University, Bloomington, USA), M. Mapelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Italien), R. Contreras (Universitet i Bologna), N. Sanna (Universitet i Bologna) samt A. Mucciarelli (Universitet i Bologna).

Den här forskningen är en del av projektet Cosmic-Lab (www.cosmic-lab.eu) som finansieras av ERC (Europeiska forskningrådet) med totalt 1,8 miljoner euro över fem år. ERC bildades 2007 av EU och har målet att stimulera vetenskaplig excellens i Europa genom att uppmuntra konkurrens för forskningsmedel mellan de bästa och mest kreativa forskarna oavsett nationalitet eller ålder. Sedan starten har ERC finansierat 2500 forskare och forskningsprojekt i den absoluta framkanten över hela Europa. ERC drivs enligt principen att projekt ska vara forskarstyrda; dessutom ska forskare kunna identifiera nya möjligheter alla forskningsområden (naturvetenskap och teknik, livsvetenskaper, samt samhällsvetenskap och humaniora). ERC har också blivit ett riktmärke för de nationella forskningsrådens konkurrenskraft och kompletterar befintlig forskningsfinansiering på nationell och europeisk nivå. ERC är den nyaste delen av EU:s sjunde ramprogram för forskning och har en budget på 7,5 miljarder euro från 2007 till 2013. Förra året föreslog EU-kommisionen en betydande ökning i ERC:s budget mellan 2014 till 2020 under det nya ramprogrammet (Horizon 2020). ERC består av ett verkställande utskott och ett vetenskapligt råd. Det vetenskapliga rådet, som består av 22 framstående forskare, bestämmer den vetenskapliga strategin för ERC. ERC leds av ordföranden professor Helga Nowotny och det vetenskapliga rådet representeras i Bryssel av generalsekreteraren professor Donald Dingwell. ERC:s verkställande råd implementerar det särskilda programmet Idéer och leds av direktör (tf.) Pablo Amor.

År 2012 är det 50 år sedan Europeiska sydobservatoriet (ESO) grundades. ESO är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av det europeiska extremt stora 39 metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln
• Pressrelease hos Hubble
• Bilder på MPG/ESO:s 2,2-meters teleskop
• Andra bilder tagna med MPG/ESO:s 2,2-meters teleskop
• Bilder på La Silla

Kontakter

Francesco Ferraro
University of Bologna
Italy
Tel: +39 051 209 5774
E-post: francesco.ferraro3@unibo.it

Barbara Lanzoni
University of Bologna
Italy
Tel: +39 051 209 5792
E-post: barbara.lanzoni3@unibo.it

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

Oli Usher
Hubble/ESA
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6855
E-post: ousher@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1252 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.