Astronomer dissekerer stjernernes indre

Det er sensationelt lykkedes Aarhus-astronomer at dissekere kæmpestjerners kerne. Den nye viden har fået fire artikler i tidsskrifterne Science og Nature.

08.04.2011 | Christina Troelsen

Satellitmålingerne af stjernernes indre har resulteret i en række overraskende opdagelser. Den mest betydningsfulde er, at astronomerne for første gang er i stand til at måle stofsammensætningen og energiproduktionen i selve kernen af en række kæmpestjerner.

Det er bl.a. lykkedes entydigt at identificere hvilke stjerner, der producerer energi ved omdannelse af helium til kulstof og hvilke der ikke har energiproduktion i selve kernen.

Disse målinger er muliggjort fordi forskerholdet bag Keplersatellitten har lokaliseret overfladevibrationer fra bølger som trænger helt ind i den inderste kerne af kæmpestjernerne.  Fra Aarhus Universitet deltager Jørgen Christensen-Dalsgaard, Hans Kjeldsen, Søren Frandsen, Christoffer Karoff, Gülnur Dogan, Rasmus Handberg og Tiago Campante i Keplerprojektet.

Stjerneskælv afslører kernens komposition

NASA’s Keplersatellit blev for to år siden placeret i kredsløb omkring Solen. Keplersatellitten måler stjernernes vibrationer og via vibrationsperioderne kan astronomerne foretage en såkaldt asteroseismisk måling af stjernernes indre og herved afsløre den detaljerede opbygning af en given stjerne.

Asteroseismologien bygger på det faktum, at overfladevibrationerne stammer fra bølgebevægelser som trænger ind i stjernes dybe indre, og da hastigheden af bølgerne afhænger af de forhold som findes i stjernernes dyb, vil vibrationsperioderne kunne fortælle om de faktiske forhold i stjernernes kerner.

Professor Jørgen Christensen-Dalsgaard har i mange år opbygget detaljerede teoretiske modeller af stjerner og har løbende forfinet de teorier, som indgår i beskrivelsen af stjernerne og deres udvikling. Han har længe kendt til, at detaljerede målinger af vibrationsperioderne kan anvendes til at sammenligne teorierne for stjerners opbygning med de stjerner vi finder i Mælkevejen, og dette er nu blevet bekræftet af Keplersatellittens målinger.

Alligevel er Jørgen Christensen-Dalsgaard overrasket.

”Fra teorierne havde vi allerede ideer om, hvordan vibrationsperioderne kunne fortælles os om forholdene i stjernernes kerner, på samme måde som seismologerne udnytter Jordskælv til at undersøge Jordens indre. Men at målingerne på så præcis og afgørende måde giver os indsigt i stjernernes energiproduktion og opbygning i selve kernen af kæmpestjerner, har overgået mine vildeste forventninger. Jeg er overbevist om, at Keplersatellitten vil vise sig at levere de mest betydningsfulde målinger nogensinde i relation til stjernernes detaljerede indre opbygning”, udtaler Jørgen Christensen-Dalsgaard.

Keplersatelitten kortlægger stjernetyper

De mange målinger har også ført til detaljeret beskrivelse af mange forskellige typer af stjerner på mange forskellige udviklingstrin. Astronomerne kan nu undersøge ikke bare de enkelte stjerner, men de nye målinger gør at vi nu kan opbygge et fuldstændigt billede af Mælkevejens blanding af gamle og unge stjerner og store stjerner og små stjerner og det på et detaljeringsniveau som aldrig er set før Kepler.

Med de mange målinger på forskellige stjerner, er astronomerne også stødt på meget sjældne stjernesystemer, som ikke er fundet ved observationer fra de mange teleskoper, som er opstillet på Jordens overflade.

Et af de fundne stjernesystemer, kaldet HD 181068 , er en såkaldt tripelstjerne. Den består af tre stjerner – én stor og to mindre – som befinder sig i baner omkring hinanden og som ligger sådan orienteret, at de set fra Jorden på skift skygger for lyset fra hinanden. Dette system udgør en guldgrube for undersøgelse af astrofysiske processer og fænomener, fordi selv små ændringer i stjernernes baner vil være øjeblikkeligt målbare i de tidsperioder, hvor de enkelte stjerner står foran og bagved hinanden. Keplersatellitten vil derfor fortsætte målingerne af denne tripelstjerne.

Kepler har reelt sat astronomerne i stand til at dissekere stjernerne og de første resultater af denne detaljerede analyse har allerede udfordret vore teorier for stjerner på flere afgørende punkter.

Målingerne fra Kepler viser tydeligt, at der kan være stor forskel på de indre forhold på to stjerner som i det ydre ellers ser helt ens ud. Det betyder at stjerner som astronomerne tidligere betragtede som identiske viser sig at have meget forskellige aldre, stofsammensætning og indre temperatur.

”Det vi oplever i dag, med offentliggørelsen af fire videnskabelige artikler med nye Kepler-resultater i tidsskrifterne Science og Nature, er et stort gennembrud for astrofysikken. Kepler har givet os helt nye muligheder og det er svært at overvurdere betydningen af disse muligheder på såvel kort som langt sigt. Der venter med sikkerhed masser af nye overraskelser når flere målinger kommer ned fra rummet fra Kepler i de kommende år”, siger Hans Kjeldsen fra Aarhus Universitet.

Animatitioner og lydfiler:

Animation af indre bølge i en kælpestjerne:
http://science.au.dk/fileadmin/site_files/science.au.dk/NF/Komm/News/PR01_redgiants-animation.avi

At astronomerne kan dissekere stjernerne er muliggjort fordi forskerholdet bag Keplersatellitten har lokaliseret overfladevibrationer fra bølger som trænger helt ind i den inderste kerne af stjernerne. På billedet ses et eksempel de indre bølger som får overfladen af stjernerne til at vibrere.

Animation af tripelstjernen HD 181068:
http://science.au.dk/fileadmin/site_files/science.au.dk/NF/Komm/News/PR04_2.mp4

Et af de fundne stjernesystemer, kaldet HD 181068 , er en såkaldt tripelstjerne. Den består af tre stjerner – én stor og to mindre – som befinder sig i baner omkring hinanden og som ligger sådan orienteret, at de set fra Jorden på skift skygger for lyset fra hinanden. Animationenviser hvordan de to stjerner kredser omkring hinanden og hvordan lysstyrken er blevet målt ved brug af Kepler.

Lydfiler:

http://science.au.dk/fileadmin/site_files/science.au.dk/NF/Komm/News/kplr006106415-snd.wav

http://science.au.dk/fileadmin/site_files/science.au.dk/NF/Komm/News/kplr008006161-snd.wav

http://science.au.dk/fileadmin/site_files/science.au.dk/NF/Komm/News/kplr008702606-snd.wav

Herover kan afspilles tre lydfiler hvor vibrationerne på tre forskellige stjerners overflade afspilles 240.000 gange hurtigere end de finder sted på overfladen af stjernerne. Dette sikrer at vibrationsfrekvenserne kan høres af det menneskelige øre. Forskellen på de tre stjerners lydbilleder skyldes deres forskellige størrelser og indre opbygning. De dybeste vibrationsfrekvenser sker i den største af de tre stjerner, mens de højeste vibrationsfrekvenser finder sted i den mindste af de tre stjerner.

Links til de fire artikler i Science og Nature:

Ensemble Asteroseismology of Solar-Type Stars with the NASA Kepler Mission: www.sciencemag.org/content/332/6026/213.abstract

Kepler Detected Gravity-Mode Period Spacings in a Red Giant Star: www.sciencemag.org/content/332/6026/205.abstract

HD 181068: A Red Giant in a Triply Eclipsing Compact Hierarchical Triple System: www.sciencemag.org/content/332/6026/216.abstract

Gravity modes as a way to distinguish between hydrogen- and helium-burning red giant stars: www.nature.com/nature/journal/v471/n7340/full/nature09935.html


NASAs hjemmeside:  http://kepler.nasa.gov/

For yderligere oplysninger kontakt:

Jørgen Christensen-Dalsgaard
Institut for Fysik og Astronomi
Aarhus Universitet
Tlf. 2338 2374
Email: jcd@phys.au.dk

Hans Kjeldsen
Institut for Fysik og Astronomi
Aarhus Universitet
Tlf: 2338 2160
Email: hans@phys.au.dk

 

Forskning, Nyheder