Geimúðarar útskýrðir
Sérkennileg pör aldraðra stjarna móta glæsileg mynstur í hringþokum
Sævar Helgi Bragason
08. nóv. 2012
Fréttir
Stjörnufræðingar hafa komist að því hvað orsakar samhverfa S-laga stróka sem sjást við sumar hringþokur.
Stjörnufræðingar sem notuðu Very Large Telescope ESO hafa uppgötvað tvær stjörnur á braut um hvor aðra í miðju harla óvenjulegrar hringþoku. Niðurstöðurnar staðfesta gamla, umdeilda kenningu um það sem ræður glæsilegu og samhverfu útliti efnisins sem þýtur út í geiminn. Niðurstöðurnar eru birtar í nýjasta hefti tímaritsins Science sem kom út 9. nóvember 2012.
Hringþokur [1] eru glóandi gasskeljar umhverfis hvíta dverga — lokastigið í ævi stjarna á borð við sólina okkar. Fleming 1 er fallegt dæmi um hringþoku með sérlega áberandi samhverfa stróka [2] sem vefjast saman í hnúta og sveigðar myndanir. Þokan er í stjörnumerkinu Mannfáknum en hana fann Williamina Fleming fyrir rúmri öld [3] en hún starfaði sem heimilishjálp þegar hún var ráðin til stjörnustöðvar Harvardháskóla eftir að hafa sýnt færni í stjörnufræði.
Stjörnufræðingar hafa lengi deilt um hvernig þessir samhverfu strókar gætu hafa myndast en ekki hefur ríkt einhugur um það. Nú hefur ný rannsókn hóps stjörnufræðinga undir forystu Henri Boffin (ESO í Chile) stuðst við athuganir frá Very Large Telescope (VLT) af Fleming 1 og tölvulíkön til að útskýra í fyrsta sinn í smátriðum, hvernig þessi sérkennilegu mynstur verða til.
Hópurinn notaði VLT sjónauka ESO til að rannsaka ljós frá stjörnunni í miðjunni. Í ljós kom að í miðju Fleming 1 er sennilegast ekki einn heldur tveir hvítir dvergar sem hringsóla um hvor annan á 1,2 dögum. Þótt áður hafi fundist tvístirni í miðju hringþoka er mjög sjaldgæft að finna kerfi hvítra dverga á hringsóli um hvor annan [4].
„Uppruni hins fallega en flókna mynsturs Fleming 1 og svipaðra fyrirbæra, hefur verið umdeildur um árabil,“ segir Henri Boffin.„Stjörnufræðingar hafa stungið upp á tvístirnum sem skýringu áður en alltaf talið að í þessu tilviki væri langt bil á milli stjarnanna og umferðartíminn áratugir eða lengri. Þökk sé líkönum og athugunum okkar, sem gerðu okkur kleift að rannsaka þetta óvenjulega kerfi í smáatriðum og skyggnast inn í hjarta þokunnar, kom í ljós að parið er nokkur þúsund sinnum þéttara.“
Þegar stjarna með allt að áttfaldan massa sólar nálgast ævilok sín, varpar hún frá sér ytri lögum sínum og byrjar að glata massa. Við það kemur heitur innri kjarni stjörnunnar í ljós sem skín skært og veldur því að vaxandi gasskelin lýsist upp sem hringþoka.
Á meðan stjörnurnar eru kúlulaga hafa margar þessara hringþoka flókna, kekkjótta, þráðótta og öfluga efnisstróka sem mynda flókin mynstur. Margar af tignarlegustu þokunum — Fleming 1 þar á meðal — hafa punktsamhverfubyggingu [5]. Í tilviki þessarar hringþoku þýðir það að efnið virðist þeytast burt frá báðum pólum úr miðjunni með S-laga straumi. Nýja rannsónin sýnir að flóknu mynstrin í Fleming 1 megi rekja til náinnar víxlverkunar milli tveggja stjarna — óvænts svanasöngs stjörnupars.
„Þetta er ítarlegasta dæmið hingað til um miðjutvístirni sem líkön hafa spáð réttilega fyrir um hvernig það mótar þokuna í kring — og það á glæsilegan hátt,“ útskýrir Brent Miszlaski frá SAAO og SALT (Suður Afriku).
Stjörnuparið í miðju þokunnar er nauðsynlegt til að útskýra lögunina. Þegar stjörnur eldast þenjast þær út. Á hluta útþensluskeiðsins verkar önnur sem vampírustjarna sem sýgur til sín efni frá förunauti sínum. Þetta efni streymdi í átt að vampírunni og umlék hana sem skífa sem kallast aðsópskringla [5]. Þegar stjörnurnar hringsóluðu hver um aðra, verkuðu þær báðar við aðsópskringluna og ollu því að hún hreyfðist eins og skopparakringla — sérstök tegund hreyfingar sem kallast pólvelta. Sú hreyfing hafði áhrif á hegðun alls efnis sem hefur þeyst út frá pólunum, eins og útstreymisstróka. Rannsóknin staðfestir nú að pólvelta aðsópskringlunnar í tvístirnakerfum, orsakar þau glæsilegu samhverfu mynstur sem sjást í kringum hringþokur eins og Fleming 1.
Djúpmyndir VLT hafa líka leitt til uppgötvunar á kekkjóttum efnishring innan í innri þokunni. Vitað er um samskonar efnishringi í öðrum tvístirnakerfum en hann virðist koma upp um tilvist stjörnupara.
„Niðurstöður okkar eru frekari staðfesting á því hlutverki sem vívlverkandi stjörnupör hafa á lögun og jafnvel hugsanlega form hringþoka“ segir Boffin að lokum.
Skýringar
[1] Á ensku eru hringþokur kallaðar planetary nebula eða plánetuþokur þótt þær eigi ekkert skylt við reikistjörnur. Nafngiftina má rekja til átjándu aldar þegar menn litu þessi fyrirbæri fyrst augum í gegnum litla stjörnusjónauka og minntu þá á skífur fjarlægra reikistjarna.
[2] Strókar eru útstreymi mjög hraðfleygs gass sem þýtur burt frá miðsvæðum hringþoku. Þeir eru oft smastilltir — efnið streymir út í samsíða straumum — sem þýðir að þeir dreifast mjög lítið þegar þeir stefna út í geiminn.
[3] Fleming 1 er nefnd eftir skoska stjörnufræðingnum Wiiliaminu Fleming sem uppgötvaði hana árið 1910. Upp úr 1880 vann hún sem heimilishjálp stjórnanda stjörnustöðvar Harvard háskóla en var síðan ráðin til að vinna úr stjarnfræðigögnum í stjörnustöðinni sem ein af „tölvum“ Harvardháskóla, hópi hæfileikaríkra kvenna sem unnu að stærðfræðilegum útreikningum og úrvinnslu. Í starfi sínu fann hún — og var eignað — fjölda stjarnfræðilegra fyrirbæra, þar á meðal 59 gasþokur, yfir 310 breytistjörnur og 10 nýstirni. Þetta fyrirbæri ber einnig mörg önnur nöfn, þar á meðal PN G290.5+07.9, ESO 170-6 og Hen 2-66.
[4] Stjörnufræðingarnir rannsakaði stjörnurnar með FORS mælitækinu á Very Large Telescope ESO í Paranal stjörnustöðinni í Chile. Samhliða því að taka myndir af fyrirbærinu, klufu þeir einnig ljós þess í liti sína til að fá upplýsingar um hreyfingu sem og hitastig og efnasamsetningu fyrirbærisins í miðjunni.
Massi stjarnanna reyndist annars vegar 0,5 til 0,86 sólmassar og hins vegar 0,7 til 1 sólmassi. Stjörnufræðingarnir gátu útilokað möguleikann á venjulegri stjörnu eins og sólinni okkar í kerfinu með því að rannsaka ljósið frá stjörnunum tveimur og kanna birtu kerfisins. Þegar kerfið snýst breytist birta þess mjög lítið. Venjuleg stjarna myndi hitna af völdum heita hvíta dvergsins og vegna þess að hún sneri alltaf sömu hlið sinni að förunautinum (eins og tunglið gerir við jörðina), kæmi „heit og björt“ og „köld og dimm“ hlið fram í mælingunum sem reglulegar birtubreytingar. Fyrirbærið í miðjunni er þar af leiðandi mjög líklega par hvítra dverga — sjaldgæf og framandi uppgötvun.
[5] Í þessi tilviki hefur hver hluti þokunnar nákvæma hliðstæðu í sömu fjarlægð frá stjörnunni en í gagnstæða átt — samskonar tegund samhverfu og í mannspilum í venjulegum spilastokki.
[6] Slík skífa verður til þegar efnisstraumurinn frá stjörnunni fer yfir ákveðin mörk sem nefnast Roche geiri. Innan þessa geira er allt efni bundið móðurstjörnunni af þyngdarkraftinum og getur ekki losnað. Þegar geirinn fyllist og fer yfir mörkin, brýst massinn frá stjörnunni og flyst yfir í nálægan hnött, til dæmis í hina stjörnuna í tvístirnakerfi og myndar aðsópskringlu.
Frekari upplýsingar
Þessi rannsókn er kynnt í greininni „An Interacting Binary System Powers Precessing Outflows of an Evolved Star“, H. M. J. Boffin et al., sem birtist í tímaritinu Science þann 9. nóvember 2012.
Í hópnum eru H. M. J. Boffin (European Southern Observatory í Chile), B. Miszalski (South African Astronomical Observatory; Southern African Large Telescope Foundation í Suður Aríku), T. Rauch (Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Tübingen í Þýskalandi), D. Jones (European Southern Observatory í Chile), R. L. M. Corradi (Instituto de Astrofísica de Canarias; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna á Spáni), R. Napiwotzki (University of Hertfordshire í Bretlandi), A. C. Day-Jones (Universidad de Chile í Chile) og J. Köppen (Observatoire de Strasbourg í Frakklandi).
Árið 2012 fagnar European Southern Observatory (ESO), stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, fimmtíu ára afmæli sínu. ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 40 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1244.
Tengdar myndir
Á þessari nýju mynd Very Large Telescope ESO sést hringþokan Fleming 1 í stjörnumerkinu Mannfáknum. Þetta glæsilega fyrirbæri er glóandi gasský umhverfis deyjandi stjörnu. Nýjar mælingar hafa sýnt að í miðju þess er líklega mjög sjaldgæft par hvítra dvergstjarna. Brautarhreyfing þeirra getur útskýrt samhverfa byggingu strókanna í gasskýjunum í kringum þetta fyrirbæri og önnur samskonar. Mynd: ESO/H. Boffin
Á þessari víðmynd sést himininn í kringum hringþokuna Fleming 1 í stjörnumerkinu Mannfáknum. Myndin var búin til úr gögnum Digitzed Sky Survey 2. Mynd: ESO/Digitized Sky Survey 2. Þakkir: Davide De Martin
Þessi teikning sýnir hvernig stjörnurnar tvær í miðju hringþokunnar Fleming 1 geta stjórnað myndum glæsilegra efnisstróka sem streyma burt frá fyrirbærinu. Mynd: ESO//L. Calçada
Geimúðarar útskýrðir
Sérkennileg pör aldraðra stjarna móta glæsileg mynstur í hringþokum
Sævar Helgi Bragason 08. nóv. 2012 Fréttir
Stjörnufræðingar hafa komist að því hvað orsakar samhverfa S-laga stróka sem sjást við sumar hringþokur.
Stjörnufræðingar sem notuðu Very Large Telescope ESO hafa uppgötvað tvær stjörnur á braut um hvor aðra í miðju harla óvenjulegrar hringþoku. Niðurstöðurnar staðfesta gamla, umdeilda kenningu um það sem ræður glæsilegu og samhverfu útliti efnisins sem þýtur út í geiminn. Niðurstöðurnar eru birtar í nýjasta hefti tímaritsins Science sem kom út 9. nóvember 2012.
Hringþokur [1] eru glóandi gasskeljar umhverfis hvíta dverga — lokastigið í ævi stjarna á borð við sólina okkar. Fleming 1 er fallegt dæmi um hringþoku með sérlega áberandi samhverfa stróka [2] sem vefjast saman í hnúta og sveigðar myndanir. Þokan er í stjörnumerkinu Mannfáknum en hana fann Williamina Fleming fyrir rúmri öld [3] en hún starfaði sem heimilishjálp þegar hún var ráðin til stjörnustöðvar Harvardháskóla eftir að hafa sýnt færni í stjörnufræði.
Stjörnufræðingar hafa lengi deilt um hvernig þessir samhverfu strókar gætu hafa myndast en ekki hefur ríkt einhugur um það. Nú hefur ný rannsókn hóps stjörnufræðinga undir forystu Henri Boffin (ESO í Chile) stuðst við athuganir frá Very Large Telescope (VLT) af Fleming 1 og tölvulíkön til að útskýra í fyrsta sinn í smátriðum, hvernig þessi sérkennilegu mynstur verða til.
Hópurinn notaði VLT sjónauka ESO til að rannsaka ljós frá stjörnunni í miðjunni. Í ljós kom að í miðju Fleming 1 er sennilegast ekki einn heldur tveir hvítir dvergar sem hringsóla um hvor annan á 1,2 dögum. Þótt áður hafi fundist tvístirni í miðju hringþoka er mjög sjaldgæft að finna kerfi hvítra dverga á hringsóli um hvor annan [4].
„Uppruni hins fallega en flókna mynsturs Fleming 1 og svipaðra fyrirbæra, hefur verið umdeildur um árabil,“ segir Henri Boffin.„Stjörnufræðingar hafa stungið upp á tvístirnum sem skýringu áður en alltaf talið að í þessu tilviki væri langt bil á milli stjarnanna og umferðartíminn áratugir eða lengri. Þökk sé líkönum og athugunum okkar, sem gerðu okkur kleift að rannsaka þetta óvenjulega kerfi í smáatriðum og skyggnast inn í hjarta þokunnar, kom í ljós að parið er nokkur þúsund sinnum þéttara.“
Þegar stjarna með allt að áttfaldan massa sólar nálgast ævilok sín, varpar hún frá sér ytri lögum sínum og byrjar að glata massa. Við það kemur heitur innri kjarni stjörnunnar í ljós sem skín skært og veldur því að vaxandi gasskelin lýsist upp sem hringþoka.
Á meðan stjörnurnar eru kúlulaga hafa margar þessara hringþoka flókna, kekkjótta, þráðótta og öfluga efnisstróka sem mynda flókin mynstur. Margar af tignarlegustu þokunum — Fleming 1 þar á meðal — hafa punktsamhverfubyggingu [5]. Í tilviki þessarar hringþoku þýðir það að efnið virðist þeytast burt frá báðum pólum úr miðjunni með S-laga straumi. Nýja rannsónin sýnir að flóknu mynstrin í Fleming 1 megi rekja til náinnar víxlverkunar milli tveggja stjarna — óvænts svanasöngs stjörnupars.
„Þetta er ítarlegasta dæmið hingað til um miðjutvístirni sem líkön hafa spáð réttilega fyrir um hvernig það mótar þokuna í kring — og það á glæsilegan hátt,“ útskýrir Brent Miszlaski frá SAAO og SALT (Suður Afriku).
Stjörnuparið í miðju þokunnar er nauðsynlegt til að útskýra lögunina. Þegar stjörnur eldast þenjast þær út. Á hluta útþensluskeiðsins verkar önnur sem vampírustjarna sem sýgur til sín efni frá förunauti sínum. Þetta efni streymdi í átt að vampírunni og umlék hana sem skífa sem kallast aðsópskringla [5]. Þegar stjörnurnar hringsóluðu hver um aðra, verkuðu þær báðar við aðsópskringluna og ollu því að hún hreyfðist eins og skopparakringla — sérstök tegund hreyfingar sem kallast pólvelta. Sú hreyfing hafði áhrif á hegðun alls efnis sem hefur þeyst út frá pólunum, eins og útstreymisstróka. Rannsóknin staðfestir nú að pólvelta aðsópskringlunnar í tvístirnakerfum, orsakar þau glæsilegu samhverfu mynstur sem sjást í kringum hringþokur eins og Fleming 1.
Djúpmyndir VLT hafa líka leitt til uppgötvunar á kekkjóttum efnishring innan í innri þokunni. Vitað er um samskonar efnishringi í öðrum tvístirnakerfum en hann virðist koma upp um tilvist stjörnupara.
„Niðurstöður okkar eru frekari staðfesting á því hlutverki sem vívlverkandi stjörnupör hafa á lögun og jafnvel hugsanlega form hringþoka“ segir Boffin að lokum.
Skýringar
[1] Á ensku eru hringþokur kallaðar planetary nebula eða plánetuþokur þótt þær eigi ekkert skylt við reikistjörnur. Nafngiftina má rekja til átjándu aldar þegar menn litu þessi fyrirbæri fyrst augum í gegnum litla stjörnusjónauka og minntu þá á skífur fjarlægra reikistjarna.
[2] Strókar eru útstreymi mjög hraðfleygs gass sem þýtur burt frá miðsvæðum hringþoku. Þeir eru oft smastilltir — efnið streymir út í samsíða straumum — sem þýðir að þeir dreifast mjög lítið þegar þeir stefna út í geiminn.
[3] Fleming 1 er nefnd eftir skoska stjörnufræðingnum Wiiliaminu Fleming sem uppgötvaði hana árið 1910. Upp úr 1880 vann hún sem heimilishjálp stjórnanda stjörnustöðvar Harvard háskóla en var síðan ráðin til að vinna úr stjarnfræðigögnum í stjörnustöðinni sem ein af „tölvum“ Harvardháskóla, hópi hæfileikaríkra kvenna sem unnu að stærðfræðilegum útreikningum og úrvinnslu. Í starfi sínu fann hún — og var eignað — fjölda stjarnfræðilegra fyrirbæra, þar á meðal 59 gasþokur, yfir 310 breytistjörnur og 10 nýstirni. Þetta fyrirbæri ber einnig mörg önnur nöfn, þar á meðal PN G290.5+07.9, ESO 170-6 og Hen 2-66.
[4] Stjörnufræðingarnir rannsakaði stjörnurnar með FORS mælitækinu á Very Large Telescope ESO í Paranal stjörnustöðinni í Chile. Samhliða því að taka myndir af fyrirbærinu, klufu þeir einnig ljós þess í liti sína til að fá upplýsingar um hreyfingu sem og hitastig og efnasamsetningu fyrirbærisins í miðjunni.
Massi stjarnanna reyndist annars vegar 0,5 til 0,86 sólmassar og hins vegar 0,7 til 1 sólmassi. Stjörnufræðingarnir gátu útilokað möguleikann á venjulegri stjörnu eins og sólinni okkar í kerfinu með því að rannsaka ljósið frá stjörnunum tveimur og kanna birtu kerfisins. Þegar kerfið snýst breytist birta þess mjög lítið. Venjuleg stjarna myndi hitna af völdum heita hvíta dvergsins og vegna þess að hún sneri alltaf sömu hlið sinni að förunautinum (eins og tunglið gerir við jörðina), kæmi „heit og björt“ og „köld og dimm“ hlið fram í mælingunum sem reglulegar birtubreytingar. Fyrirbærið í miðjunni er þar af leiðandi mjög líklega par hvítra dverga — sjaldgæf og framandi uppgötvun.
[5] Í þessi tilviki hefur hver hluti þokunnar nákvæma hliðstæðu í sömu fjarlægð frá stjörnunni en í gagnstæða átt — samskonar tegund samhverfu og í mannspilum í venjulegum spilastokki.
[6] Slík skífa verður til þegar efnisstraumurinn frá stjörnunni fer yfir ákveðin mörk sem nefnast Roche geiri. Innan þessa geira er allt efni bundið móðurstjörnunni af þyngdarkraftinum og getur ekki losnað. Þegar geirinn fyllist og fer yfir mörkin, brýst massinn frá stjörnunni og flyst yfir í nálægan hnött, til dæmis í hina stjörnuna í tvístirnakerfi og myndar aðsópskringlu.
Frekari upplýsingar
Þessi rannsókn er kynnt í greininni „An Interacting Binary System Powers Precessing Outflows of an Evolved Star“, H. M. J. Boffin et al., sem birtist í tímaritinu Science þann 9. nóvember 2012.
Í hópnum eru H. M. J. Boffin (European Southern Observatory í Chile), B. Miszalski (South African Astronomical Observatory; Southern African Large Telescope Foundation í Suður Aríku), T. Rauch (Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Tübingen í Þýskalandi), D. Jones (European Southern Observatory í Chile), R. L. M. Corradi (Instituto de Astrofísica de Canarias; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna á Spáni), R. Napiwotzki (University of Hertfordshire í Bretlandi), A. C. Day-Jones (Universidad de Chile í Chile) og J. Köppen (Observatoire de Strasbourg í Frakklandi).
Árið 2012 fagnar European Southern Observatory (ESO), stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, fimmtíu ára afmæli sínu. ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 40 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1244.University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Tengdar myndir