Stjörnur opinbera leyndardóma unglegs útlits
Sævar Helgi Bragason
19. des. 2012
Fréttir
Hvers vegna eru sumar kúluþyrpingar unglegar á meðan aðrar virðast eldri, jafnvel þótt þær séu jafn gamlar?
Sumt fólk er fullu fjöri á níræðisaldri á meðan aðrir verða ellihrumir fyrir fimmtugt. Við vitum að öldrum fólks tengist ekki aðeins því hversu gamalt það er í raun og ver, heldur lífsstíl þeirra líka. Í nýrri rannsókn þar sem bæði voru notaðir 2,2 metra MPG/ESO sjónaukinn í La Silla stjörnustöðinni og Hubble geimsjónauki NASA og ESA kom í ljós að hið sama á við um stjörnuþyrpingar.
Kúluþyrpingar eru kúlulaga söfn stjarna, bundin þétt saman af sameiginlegum þyngdarkrafti. Í kringum Vetrarbrautina okkar eru rúmlega 150 kúluþyrpingar en þær eru venjulega 12-13 milljarða ára og því leifar frá árdögum alheimsins (Miklihvellur varð fyrir um 13,7 milljörðum ára) og geyma þess vegna margar af elstu stjörnum Vetrarbrautarinnar.
Þótt stjörnurnar stjörnurnar séu aldraðar og hafi orðið til í fjarlægri fortíð, hafa stjörnufræðingar sem notuðu 2,2 metra MPG/ESO sjónaukainn og Hubble geimsjónauka NASA og ESA, komist að því að sumar af þessum þyrpingum eru ungar í anda. Rannsóknin er kynnt í tímaritinu Nature sem kemur út 20. desember 2012.
„Þótt þessar þyrpingar hafi allar orðið til fyrir milljörðum ára,“„veltum við því fyrir okkur hvort sumar eltust hraðar eða hægar en aðrar. Með því að rannsaka dreifingu tiltekinnar tegundar af bláum stjörnum í þyrpingunum, höfum við fundið út að sumar þyrpingarnar hafa vissulega elst mun hraðar í gegnum tíðina og við þróuðum leið til að mæla öldrunarhraðann.“
Stjörnuþyrpingar verða til á skömmum tíma sem þýðir að allar stjörnurnar innan þeirra eru svo til jafnaldra. Bjartar hámassastjörnur brenna eldsneyti sínu hratt svo fyrst kúluþyrpingar eru mjög gamlar, ættu þær aðeins að innihalda lágmassastjörnur.
Svo reynist hins vegar ekki vera: Við ákveðnar kringumstæður geta stjörnur gengið í gegnum endurnýjun lífdaga, fengið aukainnspýtingu eldsneytis sem gerir þær skærari. Þetta getur aðeins gerst ef stjarna togar til sín efni frá nágranna sínum eða ef tvær stjörnur rekast saman. Þessar fjörguðu stjörnur eru kallaðar bláir flækingar [1] en hár massi þeirra og mikil birta eru eiginleikar sem búa að baki þessari rannsókn.
Þungar stjörnur sökkva í átt að miðju þyrpingar þegar þyrping eldist í ferli sem líkist mjög botnfalli. Bláir flækingar eru massamiklir svo þetta ferli hefur mikil áhrif á þá, auk þess sem þá er tiltölulega auðvelt að greina sökum mikillar birtu [2].
Til að skilja betur öldrun þyrpingar kortlögðu stjörnufræðingarnir staðsetningar blárra flækinga í tuttugu og einni kúluþyrpingu sem sjá má á myndum 2,2 metra MPG/ESO sjónaukans og Hubbles, auk annarra stjörnusjónauka [3]. Myndir Hubbles sýna þéttar miðjur tuttugu kúluþyrpinga í hárri upplausn á meðan myndir teknar frá jörðinni eru víðari og sýna ytri, gisnari svæðin.
Þegar stjörnufræðingarnir unnu úr gögnunum, kom í ljós að fáar þyrpingar litu út fyrir að vera ungar og höfðu bláa flækinga á víð og dreif en flestar þyrpingar virtust gamlar og höfðu bláa flækinga þétt í miðjum sínum. Þriðji hópurinn virtist vera að eldast þar sem stjörnurnar næst kjarnanum voru að stefna inn á við og fjarlægari stjörnur smátt og smátt að stefna inn að miðju.
„Þar sem allar þyrpingarnar urðu til svo til samtímis, sýnir þetta talsverðan mun á þróunarhraða þyrpinga,“ sagði Barbara Lanzoni (Bolognaháskóla á Ítaliu), meðhöfundur greinar um rannsóknina. „Í tilviki þyrpinga sem eldast hratt, teljum við að botnfallsferlinu ljúki á nokkur hundruð milljónum ára en þegar um þær þyrpingar sem eldast hægt, gæti ferlið verið nokkrum sinnum lengra en sem nemur aldri alheimsins.
Þegar þyngstu stjörnur þyrpinga sökkva í átt að miðjunni verður að lokum kjarnahrun í þyrpingunni en þá verður miðjan geyisþétt. Ferlin sem leiða til kjarnahruns eru nokkuð vel þekkt og velta á fjölda, þéttleika og hraða stjarnanna. Aftur á móti var ekki vitað fyrr en nú hversu hratt þetta gerðist [4]. Með þessari rannsókn hafa fengist fyrstu beinu sönnunargögnin fyrir því, hve hratt mismunandi kúluþyrpingar eldast.
Skýringar
[1] Þessar stjörnur eru nefndar bláir flækingar vegna blás litar sína og vegna þess að þær dragast aftur úr í þróun miðað við nágranna sína.
[2] Bláir flækingar eru bæði tiltölulega bjartir og massamiklir miðað við aðrar stjörnur í kúluþyrpingum. Þeir eru þó ekki einu stjörnurnar í kúluþyrpingum sem eru annað hvort bjartar eða massamiklar.
Rauðar risastjörnur eru bjartari en mun massaminni og því hefur botnfallsferlið ekki sömu áhrif á þær. (Auðvelt er að greina milli þeirra og bláu flækinganna því liturinn er mjög ólíkur.)
Nifteindastjörnur, mjög þéttir kjarnar stjarna sem voru miklu stærri en sólin og sprungu fyrir milljörðum ára, snemma í sögu kúluþyrpinga, eru álíka massamiklar og bláu flækingarnir og verða því líka fyrir áhrifum botnfallsferlisins. Hins vegar er mjög erfitt að greina þær og eru þess vegna ekki fyrirbæri sem komu að notum í þessari rannsókn.
Bláir flækingar eru einu stjörnurnar í þyrpingunum sem eru bæði massamiklar og bjartar.
[3] Af tuttugu og einni þyrpingu sem skoðuð var í þessari rannsókn, rannsakaði Hubble tuttugu þeirra, 2,2 metra MPG/ESO sjónaukinn tólf, Canada-France-Hawaii sjónaukinn átta og japanski Subaru sjónaukinn eina.
[4] Hraðinn er háður fjölda stjarna, þéttleika þeirra og hve hratt stjörnurnar hreyfast innan þyrpingarinnar. Auðvelt er að mæla fyrstu tvo eiginleikana en ekki hraða stjarnanna. Af þessum ástæðum voru eldri áætlanir á öldrunarhraða kúluþyrpinga aðeins byggðar á kennilegum líkönum en nýja aðferðin leyfir beinar mælingar.
Frekari upplýsingar
Sagt er frá þessari rannsókn í greininni „Dynamical age differences amongst coeval star clusters as revealed by blue straggler“ eftir F. R. Ferraro et al., sem birtist í tímaritinu Nature þann 20. desember 2012.
Í hópnum eru F. R. Ferraro (University of Bologna á Ítalíu), B. Lanzoni (University of Bologna), E. Dalessandro (University of Bologna), G. Beccari (ESO, Garching í Þýskalandi), M. Pasquato (University of Bologna), P. Miocchi (University of Bologna), R. T. Rood (University of Virginia, Charlottesville í Bandaríkjunum), Steinn Sigurðsson (Pennsylvania State University í Bandaríkjunum), A. Sills (McMaster University, Hamilton í Kanada), E. Vesperini (Indiana University, Bloomington í Bandaríkjunum), M. Mapelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova á Ítalíu), R. Contreras (University of Bologna), N. Sanna (University of Bologna), A. Mucciarelli (University of Bologna).
Þessi rannsókn er hluti af Cosmic-Lab verkefninu (www.cosmic-lab.eu) sem hlaut 1,8 milljón evra styrk til fimm ára frá evrópska rannsóknarráðinu. Evrópusambandið kom evrópska rannsóknarráðinu á fót árið 2007 en markmið þess er að efla framúrskarandi vísindarannsóknir í Evrópu með því að hvetja til samkeppni um fjármögnun rannsóknarverkefna bestu og mest skapandi vísindamanna, óháð frá aldri eða þjóðerni. Frá því að evrópska rannsóknarráðinu var komið á fót, hefur það fjármagnað yfir 2.500 vísindamenn og rannsóknir í fremstu röð um alla Evrópu. Evrópska rannsóknarráðið vinnur samkvæmt „rannsóknardrifinni“ nálgun eða nálgun „frá grunni“ sem gerir vísindamönnum kleift að greina ný tækifæri á öllum sviðum vísinda (raunvísinda og verkfræði, lífvísinda, félagsvísnda og hugvísinda). Ráðið hefur einnig orðið staðallinn fyrir samkeppnishæfni rannsóknarráða annarra þjóða og bætir upp fjármögnunarkerfa þjóða. Árin 2007 til 2013 nema heildarfjárlög evrópska rannsóknarráðsins, sem er nýjasti hlutinn af sjöundu rammaáætlun Evrópusambandsins, 7,5 milljörðum evra. Á seinasta ári lagði Evrópuráðið til, að fjárlög evrópska rannsóknarráðsins yrðu aukin umtalsvert fyrir árin 2014 til 2020 vegna nýju rammaáætlunarinnar (Horizon 2020). Evrópska rannsóknarráðið samanstendur af yfirstjórn og vísindaráði. Í vísindaráðinu eru 22 framúrskarandi vísindamenn og markar það vísindastefnu evróska rannsóknarráðsins. Forseti evrópska rannsóknarráðsins er prófessor Helga Nowotny en aðalritari vísindaráðsins, sem er fulltrúi þess í Brussel, er prófessor Donald Dingwell. Yfirstjórn evrópska rannsóknarráðsins kemur „hugmyndum“ tiltekinna verkefna í framkvæmd og lýtur forystu Pablo Amors (sem er tímabundin stjórnandi).
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 eso1252.
Stjörnur opinbera leyndardóma unglegs útlits
Sævar Helgi Bragason 19. des. 2012 Fréttir
Hvers vegna eru sumar kúluþyrpingar unglegar á meðan aðrar virðast eldri, jafnvel þótt þær séu jafn gamlar?
Sumt fólk er fullu fjöri á níræðisaldri á meðan aðrir verða ellihrumir fyrir fimmtugt. Við vitum að öldrum fólks tengist ekki aðeins því hversu gamalt það er í raun og ver, heldur lífsstíl þeirra líka. Í nýrri rannsókn þar sem bæði voru notaðir 2,2 metra MPG/ESO sjónaukinn í La Silla stjörnustöðinni og Hubble geimsjónauki NASA og ESA kom í ljós að hið sama á við um stjörnuþyrpingar.
Kúluþyrpingar eru kúlulaga söfn stjarna, bundin þétt saman af sameiginlegum þyngdarkrafti. Í kringum Vetrarbrautina okkar eru rúmlega 150 kúluþyrpingar en þær eru venjulega 12-13 milljarða ára og því leifar frá árdögum alheimsins (Miklihvellur varð fyrir um 13,7 milljörðum ára) og geyma þess vegna margar af elstu stjörnum Vetrarbrautarinnar.
Þótt stjörnurnar stjörnurnar séu aldraðar og hafi orðið til í fjarlægri fortíð, hafa stjörnufræðingar sem notuðu 2,2 metra MPG/ESO sjónaukainn og Hubble geimsjónauka NASA og ESA, komist að því að sumar af þessum þyrpingum eru ungar í anda. Rannsóknin er kynnt í tímaritinu Nature sem kemur út 20. desember 2012.
„Þótt þessar þyrpingar hafi allar orðið til fyrir milljörðum ára,“„veltum við því fyrir okkur hvort sumar eltust hraðar eða hægar en aðrar. Með því að rannsaka dreifingu tiltekinnar tegundar af bláum stjörnum í þyrpingunum, höfum við fundið út að sumar þyrpingarnar hafa vissulega elst mun hraðar í gegnum tíðina og við þróuðum leið til að mæla öldrunarhraðann.“
Stjörnuþyrpingar verða til á skömmum tíma sem þýðir að allar stjörnurnar innan þeirra eru svo til jafnaldra. Bjartar hámassastjörnur brenna eldsneyti sínu hratt svo fyrst kúluþyrpingar eru mjög gamlar, ættu þær aðeins að innihalda lágmassastjörnur.
Svo reynist hins vegar ekki vera: Við ákveðnar kringumstæður geta stjörnur gengið í gegnum endurnýjun lífdaga, fengið aukainnspýtingu eldsneytis sem gerir þær skærari. Þetta getur aðeins gerst ef stjarna togar til sín efni frá nágranna sínum eða ef tvær stjörnur rekast saman. Þessar fjörguðu stjörnur eru kallaðar bláir flækingar [1] en hár massi þeirra og mikil birta eru eiginleikar sem búa að baki þessari rannsókn.
Þungar stjörnur sökkva í átt að miðju þyrpingar þegar þyrping eldist í ferli sem líkist mjög botnfalli. Bláir flækingar eru massamiklir svo þetta ferli hefur mikil áhrif á þá, auk þess sem þá er tiltölulega auðvelt að greina sökum mikillar birtu [2].
Til að skilja betur öldrun þyrpingar kortlögðu stjörnufræðingarnir staðsetningar blárra flækinga í tuttugu og einni kúluþyrpingu sem sjá má á myndum 2,2 metra MPG/ESO sjónaukans og Hubbles, auk annarra stjörnusjónauka [3]. Myndir Hubbles sýna þéttar miðjur tuttugu kúluþyrpinga í hárri upplausn á meðan myndir teknar frá jörðinni eru víðari og sýna ytri, gisnari svæðin.
Þegar stjörnufræðingarnir unnu úr gögnunum, kom í ljós að fáar þyrpingar litu út fyrir að vera ungar og höfðu bláa flækinga á víð og dreif en flestar þyrpingar virtust gamlar og höfðu bláa flækinga þétt í miðjum sínum. Þriðji hópurinn virtist vera að eldast þar sem stjörnurnar næst kjarnanum voru að stefna inn á við og fjarlægari stjörnur smátt og smátt að stefna inn að miðju.
„Þar sem allar þyrpingarnar urðu til svo til samtímis, sýnir þetta talsverðan mun á þróunarhraða þyrpinga,“ sagði Barbara Lanzoni (Bolognaháskóla á Ítaliu), meðhöfundur greinar um rannsóknina. „Í tilviki þyrpinga sem eldast hratt, teljum við að botnfallsferlinu ljúki á nokkur hundruð milljónum ára en þegar um þær þyrpingar sem eldast hægt, gæti ferlið verið nokkrum sinnum lengra en sem nemur aldri alheimsins.
Þegar þyngstu stjörnur þyrpinga sökkva í átt að miðjunni verður að lokum kjarnahrun í þyrpingunni en þá verður miðjan geyisþétt. Ferlin sem leiða til kjarnahruns eru nokkuð vel þekkt og velta á fjölda, þéttleika og hraða stjarnanna. Aftur á móti var ekki vitað fyrr en nú hversu hratt þetta gerðist [4]. Með þessari rannsókn hafa fengist fyrstu beinu sönnunargögnin fyrir því, hve hratt mismunandi kúluþyrpingar eldast.
Skýringar
[1] Þessar stjörnur eru nefndar bláir flækingar vegna blás litar sína og vegna þess að þær dragast aftur úr í þróun miðað við nágranna sína.
[2] Bláir flækingar eru bæði tiltölulega bjartir og massamiklir miðað við aðrar stjörnur í kúluþyrpingum. Þeir eru þó ekki einu stjörnurnar í kúluþyrpingum sem eru annað hvort bjartar eða massamiklar.
Rauðar risastjörnur eru bjartari en mun massaminni og því hefur botnfallsferlið ekki sömu áhrif á þær. (Auðvelt er að greina milli þeirra og bláu flækinganna því liturinn er mjög ólíkur.)
Nifteindastjörnur, mjög þéttir kjarnar stjarna sem voru miklu stærri en sólin og sprungu fyrir milljörðum ára, snemma í sögu kúluþyrpinga, eru álíka massamiklar og bláu flækingarnir og verða því líka fyrir áhrifum botnfallsferlisins. Hins vegar er mjög erfitt að greina þær og eru þess vegna ekki fyrirbæri sem komu að notum í þessari rannsókn.
Bláir flækingar eru einu stjörnurnar í þyrpingunum sem eru bæði massamiklar og bjartar.
[3] Af tuttugu og einni þyrpingu sem skoðuð var í þessari rannsókn, rannsakaði Hubble tuttugu þeirra, 2,2 metra MPG/ESO sjónaukinn tólf, Canada-France-Hawaii sjónaukinn átta og japanski Subaru sjónaukinn eina.
[4] Hraðinn er háður fjölda stjarna, þéttleika þeirra og hve hratt stjörnurnar hreyfast innan þyrpingarinnar. Auðvelt er að mæla fyrstu tvo eiginleikana en ekki hraða stjarnanna. Af þessum ástæðum voru eldri áætlanir á öldrunarhraða kúluþyrpinga aðeins byggðar á kennilegum líkönum en nýja aðferðin leyfir beinar mælingar.
Frekari upplýsingar
Sagt er frá þessari rannsókn í greininni „Dynamical age differences amongst coeval star clusters as revealed by blue straggler“ eftir F. R. Ferraro et al., sem birtist í tímaritinu Nature þann 20. desember 2012.
Í hópnum eru F. R. Ferraro (University of Bologna á Ítalíu), B. Lanzoni (University of Bologna), E. Dalessandro (University of Bologna), G. Beccari (ESO, Garching í Þýskalandi), M. Pasquato (University of Bologna), P. Miocchi (University of Bologna), R. T. Rood (University of Virginia, Charlottesville í Bandaríkjunum), Steinn Sigurðsson (Pennsylvania State University í Bandaríkjunum), A. Sills (McMaster University, Hamilton í Kanada), E. Vesperini (Indiana University, Bloomington í Bandaríkjunum), M. Mapelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova á Ítalíu), R. Contreras (University of Bologna), N. Sanna (University of Bologna), A. Mucciarelli (University of Bologna).
Þessi rannsókn er hluti af Cosmic-Lab verkefninu (www.cosmic-lab.eu) sem hlaut 1,8 milljón evra styrk til fimm ára frá evrópska rannsóknarráðinu. Evrópusambandið kom evrópska rannsóknarráðinu á fót árið 2007 en markmið þess er að efla framúrskarandi vísindarannsóknir í Evrópu með því að hvetja til samkeppni um fjármögnun rannsóknarverkefna bestu og mest skapandi vísindamanna, óháð frá aldri eða þjóðerni. Frá því að evrópska rannsóknarráðinu var komið á fót, hefur það fjármagnað yfir 2.500 vísindamenn og rannsóknir í fremstu röð um alla Evrópu. Evrópska rannsóknarráðið vinnur samkvæmt „rannsóknardrifinni“ nálgun eða nálgun „frá grunni“ sem gerir vísindamönnum kleift að greina ný tækifæri á öllum sviðum vísinda (raunvísinda og verkfræði, lífvísinda, félagsvísnda og hugvísinda). Ráðið hefur einnig orðið staðallinn fyrir samkeppnishæfni rannsóknarráða annarra þjóða og bætir upp fjármögnunarkerfa þjóða. Árin 2007 til 2013 nema heildarfjárlög evrópska rannsóknarráðsins, sem er nýjasti hlutinn af sjöundu rammaáætlun Evrópusambandsins, 7,5 milljörðum evra. Á seinasta ári lagði Evrópuráðið til, að fjárlög evrópska rannsóknarráðsins yrðu aukin umtalsvert fyrir árin 2014 til 2020 vegna nýju rammaáætlunarinnar (Horizon 2020). Evrópska rannsóknarráðið samanstendur af yfirstjórn og vísindaráði. Í vísindaráðinu eru 22 framúrskarandi vísindamenn og markar það vísindastefnu evróska rannsóknarráðsins. Forseti evrópska rannsóknarráðsins er prófessor Helga Nowotny en aðalritari vísindaráðsins, sem er fulltrúi þess í Brussel, er prófessor Donald Dingwell. Yfirstjórn evrópska rannsóknarráðsins kemur „hugmyndum“ tiltekinna verkefna í framkvæmd og lýtur forystu Pablo Amors (sem er tímabundin stjórnandi).
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 eso1252.University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]