Alheimurinn

Stjörnufræðingar leysa gamla gátu: Risastjörnur sjúga lífið úr systkinum sínum.

Hvernig verða stórstjörnur svona risastórar? Sú spurning hefur vakið áhuga stjörnufræðinga í mörg ár en þökk sé nýjum rannsóknum gæti breskt rannsóknarteymi hafa fundið svarið. Risarnir gleypa einfaldlega systkini sín.

BIRT: 30/10/2024

Við komum öll úr ösku útbrunninna risastjarna – súrefnið sem við öndum að okkur, járnið í blóðinu og fosfórinn í DNA þínu, svo ekki sé minnst á allan koparinn, nikkelið, sílikonið og 50 önnur frumefni sem eru í farsímanum sem þú ert með í vasanum.

 

Ekkert þeirra væri til ef ekki væri fyrir massamiklar stjörnur sem fyrir milljörðum ára voru byggingareiningar jarðarinnar og sólkerfisins.

 

Hingað til hafa stjörnufræðingar aðeins haft mjög litla þekkingu á því hvernig risarnir verða til.

 

En nú hafa breskir vísindamenn við háskólann í Leeds komið fram með tilgátu: Stjörnurnar fæðast ekki endilega sem risar – í staðinn hafa þær vaxið með því að soga kraftinn úr systkinum sínum.

 

Sjálfsránsstjörnurnar lifa aðeins stutta stund en deyja í einu trylltasta fyrirbæri alheimsins sem er á endanum sjálf forsendan fyrir tilvist bæði mannkyns og jarðarinnar.

 

Stórstjörnur eru sjaldgæfar

Stjörnufræðingar skipta öllum stjörnum í sjö aðalhópa með merkingunum O, B, A, F, G, K og M. Hóparnir segja bæði til um lit, hitastig og massa stjarnanna, þar sem O er þyngst og M léttast.

Stjörnur koma í sjö þyngdarflokkum þar sem B og O eru þyngstir. Sólin okkar tilheyrir flokki G. Því þyngri sem stjarna er, því heitari er hún og því styttri líftíma.

Gula sólin okkar hefur yfirborðshita um 5.500 gráður og tilheyrir hópi G. Þessi hópur inniheldur 7,6 prósent allra stjarna, þannig að sólin er ekki ein af þeim algengustu.

 

Enn sjaldgæfari eru þyngri flokkarnir; B hópurinn sem við getum kallað þungavigtarflokkinn. Í þeim flokki eru aðeins 0,13 prósent allra stjarna en O hópurinn samanstendur af afar sjaldgæfum ofurþungum stjörnum sem eru aðeins 0,00003 prósent.

 

Allar stjörnur myndast úr gasskýjum sem snúast og dragast saman af þyngdaraflinu. Stærð stjörnunnar ræðst því af því hversu stóru gasskýi hún er mynduð úr.

85 prósent allra stjarna í Vetrarbrautinni finnast í kerfum með tvær eða fleiri stjörnur.

Oft getur sama gasskýið þó af sér nokkrar smærri stjörnur sem ganga síðan á braut hver um aðra. Þær eru einnig kallaðar tvístirni.

 

Á síðustu áratugum hefur stjörnufræðingum orðið ljóst að tvístirni eru í raun algengari en einstirni eins og sólin okkar. Í dag áætla stjörnufræðingar að allt að 85 prósent allra stjarna sé að finna í kerfum með tveimur eða fleiri stjörnum.

 

Risar eru flatir

Hópur stjörnufræðinga við háskólann í Leeds hefur kannað hvort gangverk tvístirna geti skýrt sérstaka gerð stjarna í þungavigtarflokki sem kallast Be-stjörnur.

 

Það sérstaka við Be-stjörnur er að þær eru umkringdar gasskífu, samskonar og við þekkjum frá hringjum plánetunnar Satúrnusar. Jafnframt snúast stjörnurnar svo hratt í kringum sjálfar sig að þær fletjast út þannig að radíusinn á pólunum er mun minni en við miðbaug.

Be-stjarnan í stjörnumerkinu Kassíópeia snýst 200 sinnum hraðar en sólin okkar og dregur gasskífu með sér. Hraði snúningurinn fletur stjörnuna alveg út.

Hingað til hafa stjörnufræðingar útskýrt hringinn í kringum Be-stjörnurnar með því að hraður snúningur kastar efni út ofan af yfirborðinu og það safnast síðan saman í skífu.

 

En bresku stjörnufræðingarnir höfðu aðra kenningu: Ef til vill kemur efnið í skífunni ekki frá Be-stjörnunni sjálfri heldur frá nágrannastjörnu sem hún myndar par með.

 

Til að prófa kenninguna skoðuðu vísindamennirnir gögn frá Gaia, gervihnetti ESA sem var skotið á loft árið 2013 og er að búa til þrívítt kort af milljarði stjarna í Vetrarbrautinni.

Fram til ársins 2025 mun Gaia gervihnötturinn kortleggja staðsetningu og hreyfingar stjarna Vetrarbrautarinnar með mestu nákvæmni sem náðst hefur.

Vísindamennirnir lögðu áherslu á hvernig bæði venjulegar B-stjörnur og Be-stjörnur hreyfast á himninum. Ef stjarna er hluti af tvístirniskerfi mun hún sveiflast lítillega vegna þess að hún snýst um sameiginlega þyngdarmiðju sem hún deilir með systurstjörnu sinni.

 

Fyrirfram bjuggust vísindamennirnir við því að þetta sveifluferli væri útbreiddast meðal Be-stjarnanna, einmitt vegna þess að samkvæmt kenningunni ættu þær allar að eiga systurstjörnu sem þær soga efni úr en þeim til furðu sýndu gögnin hið gagnstæða.

 

Tvístirniskerfi voru greinilega algengust meðal B-stjarna.

 

Þrístirni næra sjálfsránsstjörnur

Í stað þess að gefa kenningu sína upp á bátinn kusu vísindamennirnir að útvíkka hana. Með því að nota önnur gagnasöfn könnuðu þeir hvort Be-stjörnunum fylgdu fylgistjörnur sem væru lengra í burtu en sem nemur dæmigerðri fjarlægð milli tveggja systurstjarna.

 

Nú sýndu tölurnar allt í einu eitthvað allt annað: Því meiri fjarlægð sem var milli stjarnanna, því algengara var að Be-stjörnurnar hefðu fylgistjörnur.

 

Uppgötvunin leiddi vísindamennina strax að nýrri kenningu. Þeir trúa því nú að Be-stjörnurnar myndist í kerfum með þremur stjörnum, þar sem tvær þeirra snúast svo nálægt hvor um aðra að sveifluferillinn verður okkur ósýnilegur. Í sjónaukum okkar líta tvær nálægu stjörnurnar því út eins og ein stjarna sem hreyfist í beinni línu yfir himininn.

Nálægð gerir stjörnu að sjálfsránsstjörnu

Gögn frá gervihnettinum Gaia hafa leitt af sér nýja kenningu um hvernig stjörnur verða að stórstjörnum í þrístjörnukerfum.Tvær stjarnanna komast svo nálægt hvor annarri að önnur byrjar að éta hina.

1. Þrjár stjörnur dansa hver um aðra

Í þriggja stjörnu kerfi snýst stjarna í mikilli fjarlægð (blá) um tvær stjörnur sem eru á braut um hvor aðra (gult). Þyngdarafl fjarstjörnunnar hefur áhrif á hinar tvær og þvingar þær enn nær hvor annarri.

2. Náin snerting skapar sjálfsrán

Þegar stjörnurnar tvær eru nógu nálægt hvor annarri getur þyngdarkraftur þeirrar þyngri farið að draga til sín efni frá hinni stjörnunni. Efnið safnast saman og myndar skífu sem snýst hratt í kringum sjálfsránsstjörnuna.

3. Stjörnuætan stækkar 

Flutningur efnis veldur því að sjálfsránsstjarnan stækkar þegar systurstjarnan minnkar. Birta stjörnuætunnar (sjálfsránsstjörnunnar) yfirskyggir smám saman ljósið frá minni stjörnunni þannig að við sjáum tvístirnið sem eina stjörnu frá jörðinni.

Nýja kenningin getur bæði útskýrt hvernig stjörnur breytast í sjálfsránsstjörnur sem soga kraftinn úr systurstjörnum sínum og hvaðan dularfulli hringurinn í kringum Be-stjörnurnar kemur. Ennfremur gefur kenningin vísbendingu um hvernig stjörnur geta haldið áfram að vaxa löngu eftir fæðingu sína.

 

Hið síðarnefnda er áhugavert vegna þess að myndun þungra stjarna skiptir sköpum fyrir stórkostlegustu fyrirbæri alheimsins.

 

Risarnir brenna fljótt út

Massi B-stjarna getur verið allt frá tvisvar til 16 sinnum meiri en sólarinnar og það er mikill munur á því hvernig þær þróast og deyja. Léttustu B-stjörnurnar, eins og sólin, verða á endanum svokallaðir hvítir dvergar en þær þyngstu, þær sem vega tíu sinnum meira en sólin eða meira, mæta mun harkalegri örlögum.

 

Því þyngri sem stjarna er, því hraðar klárar hún frumeldsneytið, vetnið og fer í dauðafasa. Þetta mun henda B-stjörnur eftir að meðaltali um 100 milljón ár –eða sem svarar einum hundraðasta af líftíma sólarinnar.

Ein sekúnda líður, frá því að kjarni þungrar stjörnu hrynur þar til hún springur sem sprengistjarna.

Dauðastríðið stendur ekki lengi en ferlið veldur langri röð umbreytinga á stjörnunni.

 

Þegar allt vetni í kjarna stjörnunnar hefur umbreyst í helíum bólgnar stjarnan út og verður að svokölluðum rauðum ofurrisa. Á sama tíma byrjar helíumið að mynda kolefni.

 

Þrýstingurinn inni í stjörnunni ákvarðar hversu þung frumefni hún getur myndað. Í kjarnanum er þrýstingurinn svo mikill að samrunaferlin stoppa aðeins við járn. Á svæðinu fyrir utan kjarnann stoppa þau við brennistein og sílikon, utar við neon og magnesíum o.s.frv. Þannig er stjarnan lagskipt eins og laukur, þar sem hvert lag inniheldur mismunandi frumefni.

 

Þegar allt efni í kjarnanum hefur umbreyst í járn eru dagar stjörnunnar taldir. Innan einnar sekúndu hrynur kjarninn og þrýstingurinn á efnið verður svo mikill að rafeindir frumeindanna þrýstast inn í róteindirnar, þannig að þær breytast í nifteindir.

 

Ferlið framkallar höggbylgju sem blæs ytri lögum stjörnunnar í burtu í stjörnusprengingu (Supernova) sem lýsir upp eins og milljarður sóla. Eftir í miðjunni verður svokölluð nifteindastjarna sem er aðeins um 20 kílómetrar í þvermál en svo þétt að hún vegur meira en sólin okkar.

Þegar ég horfi til himins veit ég vel að skærustu stjörnurnar eru tiltölulega nálægar jörðinni. En hvaða stjörnur eru stærstar af öllum stjörnum sem þekktar eru?

Á dauðastundu sendir stjarnan frá sér enn fleiri frumefni en þau sem hún hefur búið til í samrunaferlum sínum. Sprengistjarnan gefur frá sér svo mikla orku að frjálsar nifteindir frásogast í atómkjarna þar sem þær umbreytast í róteindir. Þetta breytir atómunum í ný frumefni sem geta verið þyngri en járn.

 

Dauðar stjörnur auðga alheiminn

Jafnvel eftir dauða sinn getur stjarnan haldið áfram að auðga alheiminn. Þyngstu frumefnin verða líka til af atómkjarna sem gleypir í sig frjálsar nifteindir – en ferlið krefst meiri orku og jafnvel fleiri frjálsra nifteinda en þeirra sem mynduðust við sprenginguna.

 

Báðir hlutar eru til staðar ef tvær nifteindastjörnur renna saman. Fyrirbærið sem kallast kílónova, gefur frá sér afar mikla orku sem veldur því að svokallaðar þyngdarbylgjur rúlla um geiminn.

Stjörnurnar lifa hratt og deyja ungar

Þungar stjörnur brenna út hraðar en sólin okkar en skilja eftir sig djúp spor í alheiminum. Í dauðastríði sínu skapa þær röð orkuríkra fyrirbæra og skilja um leið eftir sig mikilvæg efni sem til dæmis jörðin og lífið eru byggð úr.

1. Deyjandi stjarna myndar ný frumefni

Eins og okkar eigin sól sameina þungar stjörnur vetni í helíum en undir lok líftíma síns, þar sem þær verða rauðir ofurrisar, halda samrunakeðjurnar áfram og mynda frumefni eins og kolefni, súrefni, neon, magnesíum, sílikon, brennistein og járn.

2. Stjarnan endar líf sitt með hvelli

Þegar kjarni stjörnunnar verður eldsneytislaus springur hún sem sprengistjarna. Kjarninn hrynur saman og myndar nifteindastjörnu þegar ytri lögin tætast utan af henni. Ferlið myndar frumefni sem eru þyngri en járn, t.d. nikkel, kopar og sink.

3. Árekstur hristir allan geiminn

Í tveggja stjörnu kerfi geta nifteindastjörnurnar sem eftir verða runnið saman. Það ferli skapar þyngstu frumefnin eins og strontíum, gull og úran – auk gríðarlegrar orku í formi þyngdarbylgna sem breiðast út um geiminn.

Stjörnurnar lifa hratt og deyja ungar

Þungar stjörnur brenna út hraðar en sólin okkar en skilja eftir sig djúp spor í alheiminum. Í dauðastríði sínu skapa þær röð orkuríkra fyrirbæra og skilja um leið eftir sig mikilvæg efni sem til dæmis jörðin og lífið eru byggð úr.

1. Deyjandi stjarna myndar ný frumefni

Eins og okkar eigin sól sameina þungar stjörnur vetni í helíum en undir lok líftíma síns, þar sem þær verða rauðir ofurrisar, halda samrunakeðjurnar áfram og mynda frumefni eins og kolefni, súrefni, neon, magnesíum, sílikon, brennistein og járn.

2. Stjarnan endar líf sitt með hvelli

Þegar kjarni stjörnunnar verður eldsneytislaus springur hún sem sprengistjarna. Kjarninn hrynur saman og myndar nifteindastjörnu þegar ytri lögin tætast utan af henni. Ferlið myndar frumefni sem eru þyngri en járn, t.d. nikkel, kopar og sink.

3. Árekstur hristir allan geiminn

Í tveggja stjörnu kerfi geta nifteindastjörnurnar sem eftir verða runnið saman. Það ferli skapar þyngstu frumefnin eins og strontíum, gull og úran – auk gríðarlegrar orku í formi þyngdarbylgna sem breiðast út um geiminn.

Stjörnufræðingar fengu fyrstu áreiðanlegu vísbendingarnar um að nifteindastjörnur gætu sameinast árið 2017, þegar risaskynjararnir tveir LIGO í Bandaríkjunum og Meyjan á Ítalíu tóku upp þyngdarbylgjur frá kílónovu í vetrarbraut í 140 milljón ljósára fjarlægð.

 

Kílónovur myndu aldrei verða til án nifteindastjarnanna sem þungar stjörnur skilja eftir sig þegar þær deyja. Þannig eru þungu stjörnurnar algjörlega nauðsynlegar til að sólkerfi eins og okkar, með ríkulegum fjölbreytileika frumefna, geti myndast.

 

Ef kenning bresku vísindamannanna er rétt getum við líklega þakkað sjálfsráni í þrístirnum fyrir stóran hluta af stjörnurykinu sem við erum öll gerð úr.

HÖFUNDUR: Jens E. Matthiesen

© Shutterstock,© Shutterstock & ESO/L. Calçada,© NASA,

Náttúran

Bakteríur örva ilminn af sumarregni

Náttúran

Moskítóflugur: Hvað elska þær og hvað hata þær?

Heilsa

Vísindamenn uppgötva óvænta orsök útbreiðslu krabbameins

Alheimurinn

Jörðin er að tæmast af málmum: Næst fer leitin fram úti í geimnum 

Náttúran

Geta plöntur fundið fyrir sársauka?

Tækni

Unnt er að breyta koltvísýringi og metangasi í hreinan orkugjafa með nýrri tímamótatækni

Alheimurinn

Hvað er andefni?

Náttúran

Hvernig veit fræ að það eigi að spíra? 

Heilsa

Breytingarnar á líkamsþyngd geta leitt í ljós hættu á heilabilun

Lifandi Saga

Greitt fyrir Pepsi-Cola með sovéskum kafbátum

Náttúran

Kisulóra er villiköttur

Alheimurinn

Mistök geta verið banvæn fyrir geimfara 

ÁSKRIFT AÐ VÍSINDI.IS

Prófaðu í 14 daga ókeypis!

  • Fullur aðgangur að vefnum okkar með rúmlega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Lifandi vísindi/Lifandi saga í rafrænni útgáfu á vefnum,
  • Aðeins 1.790 krónur á mánuði.
  • Engin skuldbinding – Þú getur hætt hvenær sem er.

ÁSKRIFT AÐ TÍMARITINU

Þrjú tölublöð + gjöf: Skemmtilegur sjónauki
  • Þrjú næstu tölublöð Lifandi vísinda/Lifandi sögu – sent heim til þín – eins færðu lítinn og vandaðan sjónauka að gjöf.
  • Fullur aðgangur að vefnum okkar – visindi.is – með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Spennandi greinar og flottar myndir sem svala forvitni þinni.
  • Þú getur hætt eftir tilboðið en ef þú heldur áfram skuldbindur þú þig aðeins þrjú tölublöð í einu og þú getur sagt upp hvenær sem sem og klárar þá tímabilið sem er hafið.
  • Venjuleg áskrift – þrjú tölublöð – kostar aðeins 7.590 kr

Sjónauki og þriggja blaða áskrift – Alls 3.800 kr.

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Search

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.790 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is