Superjordar söktes vid metallfattiga stjärnor

 

Bild wikipedia. Två tänkbara superjordar, med Jorden som jämförelse (till höger).

En superjord är en exoplanet (gasplanet) vars massa är större än Jordens, men mindre än solsystemets mindre gasjättar Uranus och Neptunus.

I en ny studie ger astronomer vid Ohio State University bevis på gränserna av hur och var  planeter  kan bildas och man har funnit att planeter som är större än jorden  har svårt för  att bildas i närheten av stjärnor med lågt metallinnehåll.

Med solen som baslinje kan astronomer mäta när en stjärna bildades genom att bestämma dess metallinnehåll eller nivån av tunga grundämnen som finns i solen. Metallrika stjärnor eller nebulosor bildades relativt nyligen, medan metallfattiga objekt  fanns under det tidiga universum.

Tidigare studier har visat ett svagt samband mellan metallinnehåll och planetbildning och man har noterat att när en stjärnas metallinnehåll minskar, minskar också planetbildning för vissa planetpopulationer, så kallade superjordar. Ändå är detta arbete det första som observerar och visar riktigheten i detta, att nuvarande teorier stämmer. Det är betydligt ovanligare att det bildas superjordar nära metallfattiga stjärnor än metallrika stjärnor vilket tyder på en strikt gräns för de förhållanden som krävs för att en sådan ska bildas, beskriver huvudförfattaren till studien  Kiersten Boley nybliven doktor i astronomi vid Ohio State University.

När stjärnor cirkulerar genom historien och åldras  och slutar som  supernovor bildas nya slag av metaller som berikar den omgivande rymden. Metaller som ex järn då bildas planeter som är metallrika som Jorden. Men även för stjärnor med lägre metallinnehåll trodde man allmänt att antalet planeter till viss del kunde bildas inom, beskriver Boley.

Andra studier har föreslagit att planetbildningen i Vintergatan borde börja när stjärnor finns mellan negativ metallinnehåll på 2,5 och minus 0,5 men hittills har den teorin varit obevisad.

För att testa denna teori utvecklade och sökte teamet igenom en katalog med 10 000 av de mest metallfattiga stjärnorna som observerats av NASA:s TESS-uppdrag (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Om det hade varit korrekt, skulle en extrapolering av kända trender för att söka efter små, kortperiodiska planeter runt ett område med 85 000 metallfattiga stjärnor ha lett dem till att upptäcka cirka 68 superjordar.

Förvånansvärt nog upptäckte forskarna i detta arbete inga alls, beskriver Boley.  Forskare sätter nu en tidsram under vilken metallinnehåll var för lågt för att planeter skulle kunna bildas vilken sträcker sig till ungefär halva universums ålder. Det innebär att superjordar inte bildades tidigt i universums historia. " Sju miljarder år bakåt i tiden är förmodligen den perfekta punkten där vi börjar se en början till superjordbildning", säger Boley.

Studien är publicerad i The Astronomical Journal.

De första stjärnorna och galaxerna bestod av nästan enbart väte och helium. När de åldrats och exploderat uppkom  fler metaller som blev grunden till nya slags stjärnor som vår sol ex. Det började nu bildas planeter av överbliven gas från tidigare stjärnors rester som innehöll järn mm. Vi ska komma ihåg att i kosmologin anses även helium och väte som metaller. Dessa två grundämnen var de som nästan var ensamma i tidens början och som de första metallfattiga stjärnorna bestod av.

Metallfattiga stjärnors planeter har bäst livsmiljö

 

Stjärnor som innehåller jämförelsevis stora mängder tunga grundämnen ger mindre gynnsamma förutsättningar till uppkomsten av komplext liv i sina planetsystem än metallfattiga stjärnors. Metallfattiga stjärnor var den första generationen stjärnor. Idag är dessa få till antalet därute (vår sol tillhör inte denna grupp). Stjärnor som bildats efter de första metallfattiga stjärnorna har liksom vår sol bildats av rester från supernovor. Vid en sådan bildas nya grundämnen och därför är andra generationens stjärnor metallrika likt vår sol. De första stjärnorna de metallfattiga stjärnorna ger bättre miljö för liv i sina planetsystem visas i en rapport från forskare vid Max Planck-instituten för solsystemforskning och kemi samt från universitetet i Göttingen.

Forskarna visade hur metalliciteten (metallhalten) i en stjärna är kopplad till dess planeters förmåga att omge sig med ett skyddande ozonskikt. Avgörande för skyddsbehov är intensiteten hos det ultraviolett ljus som stjärnan sänder ut i rymden, i skilda våglängdsområden. Ett ozonskikt som bildats runt en planet likt det finns på jorden skyddar liv på planeten från farlig strålning från sin sol. Ju högre metallhalt en stjärna har desto högre halt av farlig strålning kommer från denna.

Studien ger forskare som söker på himlen med rymdteleskop efter beboeliga stjärnsystem viktiga ledtrådar om var dessa kan vara särskilt lovande. De föreslår följande slutsats: att när universum åldras blir det alltmer ovänligt till uppkomst av komplext liv på nya planeter. Dessutom visar studien en nästan paradoxal slutsats att när universum åldras kommer det sannolikt att bli alltmer fientligt mot liv på de planeter som då bildas. Metaller och andra tunga grundämnen bildas inuti stjärnor i slutet av deras flera miljarder år långa livstid och - beroende på stjärnans massa - släpps de ut i rymden som stjärnvind eller i en supernovaexplosion. Det som blir byggmaterial för nästa generation stjärnor. Ju yngre stjärnor desto högre metallhalt innehåller de.

Varje nybildad stjärna har därför mer metallrikt byggmaterial tillgängligt än sina föregångare. Stjärnorna i universum blir mer metallrika för varje generation (och sänder ut allt mer strålning som är farlig för liv bör man förtydliga det) , beskriver Dr. Anna Shapiro (forskare vid Max Planck Institute for Solar System Research och huvudförfattare till den aktuella studien) det.

 Enligt studien minskar sannolikheten för att stjärnsystem kommer att producera nytt liv på en planet också då universum åldras. Sökandet efter livet är dock inte hopplöst. När allt kommer omkring har många stjärnors exoplaneter en liknande ålder som solen. Och vår sol hyser komplexa och intressanta livsformer på minst en av sina planeter. Jorden.

Vad vi kan lära oss är därför att nuvarande liv här och på eventuella andra planeter är värdefullt och att det i en framtid inte kan ersättas med nytt liv.

Bild vikipedia Stjärnhopen Messier 22 fotograferat rymdteleskopet Hubble. En vacker stjärnsamling.

Ovanligt metallfattiga stjärnor finns i ett område av Vintergatan

 

Solen består till 98,5% av två lätta grundämnen, väte och helium. De återstående 1,5%  består av tyngre element ex kol, syre och järn. Procenten av  dessa tyngre element i en stjärna benämns dess "metallicitet", och varierar något från stjärna till stjärna.

Nya data visar att Vintergatan (vår galax) är hem för ett stjärnkluster som är unikt då denna grupp av stjärnor består av extremt låg metallicitet ca 2500 gånger lägre än solens (solens 1,5 %). Detta är långt under någon annan känd stjärnstruktur (eller stjärna) i universum vi i dag känner till.

Upptäckten skedde av ett internationellt team under ledning av en CNRS-forskare vid Strasbourg Astronomical Observatory (CNRS / University of Strasbourg) och forskare från Galaxies, Stars, Physics and Instrumentation Laboratory (Paris Observatory - PSL / CNRS) och vid J-L Lagrange Laboratory (CNRS / Côte d'Azur Observatory/Université Côte d'Azur). Studien publicerades den 5 januari 2022 i tidskriften Nature Nature .

Denna grupp av stjärnor tillhör alla en stjärnkonstellation i Vintergatan som kallas C-19. Upptäckten utmanar inte bara den nuvarande förståelsen och modellen för bildandet av stjärnor och stjärngrupper. Den öppnar också ett unikt och direkt fönster mot den allra tidigaste tiden av stjärnbildning och utveckling av stjärnstrukturer i det mycket avlägsna förflutna. Tiden då tunga element producerades av på varandra följande generationer av massiva stjärnor. C-19-stjärnornas mycket låga metallicitet antas bero på att de bildades en kort tid efter universums födelse.

Det är konstigt att det är just i Vintergatan det hittats universums metallfattigaste stjärnkonstellation (min anm.). Men jag antar att det finns sådana kluster  stjärnor finns i merparten galaxer men att de ännu inte hittats. Slumpen kan spela spratt.

Bild från https://www.cnrs.fr/en/discovery-least-metallic-stellar-structure-milky-way

med följande text i översättning " Distribution av mycket täta grupper av stjärnor i Vintergatan, så kallade klotformiga kluster, ovanpå en karta över Vintergatan sammanställd från data som erhållits med Gaia Space Observatory. Varje prick representerar ett kluster av några tusen till flera miljoner stjärnor, som här ses i bilden av Messier 10-klustret. Prickarnas färg visar deras metallicitet, deras överflöd av tunga element i förhållande till solen. C-19-stjärnorna indikeras av de ljusblå symbolerna.

© N. Martin / Strasbourg Astronomical Observatory / CNRS; Teleskopet Kanada-Frankrike-Hawaii / Coelum; ESA / Gaia / DPAC".

18 metallfattiga stjärnor

 

Ett team av astronomer ledda av MIT:s Anirudh Chiti har upptäckt 18 metallfattiga röda jättestjärnor i dvärggalaxen Sgr dE vilken finns i riktning mot Skyttens stjärnbild. Detekteringen är baserad på spektralanalys med medelupplösning från MagE-spektrografen på Magellan-Baade-teleskopet i Las Campanas Observatory i Chile, metallhaltkänslighets fotometri från SkyMapper med tolkning från DR1.1-katalogen och korrekta rörelsedata från Gaia DR2 (Data Release 2).

Studien visar att nio stjärnor är mycket metallfattiga med en metallhalt under -2,0. Detta mer än fördubblar antalet kända  metallfattiga stjärnor i Sgr dSph. Objektet med den lägsta metallhalt (-3,08) av de 18 som beskrivs i rapporten är stjärnan Sgr-180.

Stjärnorna har temperaturer från 4106 C till 4897 C och innehåller inte mer koldioxid än ordinära stjärnor. Därav kan inget av dessa objekt klassificeras som koldioxidrikt fastän de bevisat är metallfattiga stjärnor vilka då borde vara mer koldioxidrika än ordinära stjärnor är.

 Detta är förbryllande då till exempel, stjärnorna i halo i Vintergatan i allmänhet uppvisar att en ökning av relativa kolhalter ha samband med en minskande metallhalt. Allt som allt är cirka 20 procent av stjärnorna i Vintergatans gloria klassificerade med metallhalt under -2,0. OBS det handlar om halo inte stjärnan i sig.

Bild i riktning mot Skyttens stjärnbild vilket även är riktningen mot Vintergatans centrum där denna dvärggalax med metallfattiga stjärnor finns. Dwarf Elliptical Galaxy (Sgr dE eller  Sag DEG). Bild från vikipedia.