Vísindamenn varpa skýrara ljósi á dauða risastjarna | Háskóli Íslands Skip to main content

Vísindamenn varpa skýrara ljósi á dauða risastjarna

17. janúar 2019

Alþjóðlegur hópur stjarneðlisfræðinga við yfir 20 rannsóknastofnanir víða um heim hefur í fyrsta sinn dregið upp nákvæma mynd af þeim ferlum sem eiga sér stað þegar afar massamiklar stjörnur deyja. Greint er frá niðurstöðum þeirra í nýjasta hefti tímaritsins Nature sem kemur út í dag en meðal höfunda greinarinnar er Kasper Elm Heintz, doktorsnemi í stjarneðlisfræði við Raunvísindadeild Háskóla Íslands. 

Þegar líf stjarna fjarar út getur það gerst á hægan og rólegan hátt, eins og tilfellið er með massalitlar stjörnur eins og Sólina okkar, eða með gríðarlegum sprengikrafti eins og í tilviki massamikilla stjarna. Birtan frá slíkri sprengingu er svo mikil að hún getur orðið meiri en öll birta í þeirri vetrarbraut sem stjarnan tilheyrir. 

Alþjóðlegur hópur vísindamanna, undir forystu hóps frá Stjarneðlisfræðistofnun Andalúsíu á Spáni, hefur rýnt í það hvað gerist þegar massamiklar stjörnur, sem eru meira en 25 sinnum þyngri en Sólin okkar, deyja. Við dauða stjarnanna fellur kjarni þeirra saman og breytist annaðhvort í svokallaða nifteindastjörnu, sem er lítill samanhnappaður hnöttur, eða svarthol. Á sama tíma skjótast orkustrókar úr kjarna stjörnunnar og brjóta sér leið út beggja vegna á yfirborði stjörnunnar og verða að svokölluðum gammablossum sem eru björtustu og orkumestu sprengingar í alheimi og sýnilegar úr órafjarlægð. Í framhaldinu skjótast ytri lög stjörnunnar út og til verður svokölluð gríðarstjarna (e. hypernova) sem er að jafnaði yfir tíu sinnum bjartari og orkumeiri en venjuleg sprengistjarna (e. supernova). 

Uppgötvanir vísindahópsins, sem sagt er frá í Nature, byggjast á rannsóknum tengdum gammablossa sem fengið hefur nafnið GRB 171205A og vísindamennirnir námu í gegnum stjörnusjónauka á eyjunni La Palma á Kanaríeyjum síðla árs 2017. Hann reyndist í 500 milljóna ljósara fjarlægð frá Jörðinni. Gammablossar eru alla jafna skammlífir og því þurftu stjarnvísindamennirnir að hafa hraðar hendur til þess að hefja mælingar sínar í tengslum við myndun gríðarstjörnu í kjölfarið, en mælingar hópsins hófust aðeins degi eftir að massamikla stjarnan, sem orsakaði gammablossann, féll saman.

Teikning listamannsins Önnu Serenu Esposito af massamikilli stjörnu sem er að falla saman. Strókar standa út um póla stjörnunnar og efnishjúpur umlykur hana.

Staðfesta tilvist hjúps í deyjandi stjörnum

Vísindamenn hafa í yfir 20 ár vitað af tengslum milli myndunar gammablossa og gríðarstjarna við dauða massamikilla stjarna en hins vegar hefur það verið á huldu hvers vegna sumum gríðarstjörnum fylgja engir gammablossar. 

Með mælingum sínum á gammablossanum og myndun gríðarstjörnunnar tókst vísindahópnum að staðfesta að gammablossa megi rekja til orkustróka úr kjarna massamikilla stjarna sem þjóta upp og í gegnum ystu lög stjörnunnar. Jafnframt uppgötvuðu vísindamennirnir að nokkurs konar heitur hjúpur eða skjöldur (e. cocoon) myndast utan um orkustrókinn sem ferðast í átt að ysta lagi stjörnunnar. Orkan í þessum hjúp ræður því hvort stókurinn nær í gegnum ysta lag stjörnunnar og myndar gammablossa. Niðurstöðurnar benda jafnframt til þess að orkan í gammablossum ráðist af samspili stróksins, efnisins í stjörnunni og hjúpsins. 

Kasper Elm Heintz, doktorsnemi í stjarneðlisfræði við Raunvísindadeild Háskóla Íslands og einn höfunda rannsóknarinnar, tilheyrir vísindahópi sem vaktar og rannsakar gammablossa í himingeimnum en hann stýrði m.a. rannsóknum á eftirleik gammablossans í gegnum Norræna stjörnusjónaukann (NOT) en Íslendingar eiga einmitt hlut í honum.

Kasper segir rannsóknina afar þýðingarmikla þar sem hópnum hafi í fyrsta sinn tekist að staðfesta tilvist hjúpsins sem myndast utan um orkustrókinn úr kjarna deyjandi stjarna. „Í rannsókninni leggjum við mat á þá orku sem tapast úr orkustróknum í hjúpinn sem umlykur hann og leiðum líkum að því að þessi orkuflutningur skýri hvers vegna gammablossar fylgja ekki alltaf myndun gríðarstjarna. Strókurinn er hreinlega ekki nógu öflugur til þess að rjúfa gat á yfirborð stjörnunnar vegna þess að stærsti hluti orkunnar fer í hjúpinn. Vegna þessara atburða getum við rannsakað betur það ferli sem á sér stað þegar massamiklar stjörnur deyja því birtan frá glæðum gammablossans hefur ekki áhrif það sem sjónaukarnir nema,“ segir hann um þýðingu rannsóknanna.

Kasper Elm Heintz

Netspjall