Ett område med brist på röda stjärnor har upptäckts

 

Bild wikipeddia Den röda dvärgstjärnan Proxima Centauri vår närmaste grannstjärna (4,2 ljusår bort).  Röda dvärgstjärnor har cirka en tredjedels av vår sols massa och mindre diameter. De är de vanligaste stjärnorna i universum. De förbränner sitt bränsle mycket långsamt och blir  mycket gamla. DE kan bli kanske biljoner år gamla till skillnad mot vår gula sol som kan bli ca 10 miljarder år.

Forskare vid Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, Maryland studerade en stjärna under bildning men hittade något betydligt mer spännande.

Med hjälp av data från Europeiska rymdorganisationen (ESA) Euklides rymdteleskop och NASAs Hubbleteleskop planerade teamet att analysera stjärnors rörelser inom en uråldrig samling stjärnor. Men vad de fann när de grupperade stjärnhopens stjärnor efter ljusstyrka och färg som observerats av Euclid var att de saknade det de  förväntat sig  här röda dvärgstjärnor. Denna lucka tros vara kopplad till förändringar som sker i vissa stjärnors inre, vilket ger astronomer en inblick i processer som sker inuti stjärnor även tusentals ljusår bort.

Detta är första gången denna brist  upptäcktes i en klotformad hop. "Upptäckten var en slump," beskriver STScI:s Andrea Bellini, en av forskningsartikelns huvudförfattare. "Vi letade inte efter tomrummet av röda dvärgar utan vi upptäckte det."

Förekomsten av denna brist i relativt närliggande stjärnor upptäcktes 2018 av forskare som analyserade data från ESA:s Gaia Observatorie. Det teamet upptecknade nästan 250 000 stjärnor från Gaia-arkivet på en Hertzsprung-Russell (HR) diagram, ett av de viktigaste verktygen inom stjärnstudier. Det är grafen som astronomer använder för att klassificera stjärnor och spåra deras livscykler.

På HR-diagrammet plottas stjärnans ljusstyrkor mot deras färger vilket fungerar som en proxy för deras temperaturer. Stjärnornas positioner i diagrammet avslöjar vilka specifika stjärnevolutionära stadier de befinner sig i. Kanske är det mest utmärkande draget sträckan av Huvudseriestjärnor som går diagonalt över diagrammet.

När precisionen och känsligheten i modern astronomi förbättras kan astronomer placera stjärnor mer exakt på diagrammet. Gaia-data avslöjade en tidigare okänd formation. En smal, diagonal skiva av mestadels saknade stjärnor genom huvudserien i mitten av röddvärgregionen.

Så vad orsakar denna brist? Det verkar som att bränsle som samlats i deras centrum i vissa röda dvärgstjärnor kan utlösa en energiexplosion som leder till strukturell instabilitet i stjärnans inre. Med ett innehåll av 0,34 och 0,36 gånger solens massa genomgår röda dvärgar små variationer som ändrar deras storlek, ljusstyrka och temperatur. Ett fåtal stjärnor genomgår dock förändringar av massa och därför saknas röda dvärgar med dessa specifika ljusstyrkor (de kan då få större massa och då inte längre tillhöra de röda dvärgstjärnorna utan nästa högre grupp stjärnor de orange stjärnorna. Varför detta sker är däremot inte känt i dag. Inte heller varför det verkar ha hänt i stor skala här. min anmärkning). Detta återspeglas i HR-diagrammet som en brist. Gaia hittade bristen när teleskopet tittade på stjärnor i det lokala området, som vanligtvis är yngre än stjärnor i klotformiga hopar. Nu fann Euclid-teamet exakt samma process som sker i mer avlägsna stjärnor.

Denna upptäckt hade inte varit möjlig utan den mjukvara och de tekniker som ursprungligen utvecklades vid STScI för NASAs Hubble-teleskop under mer än två decennier. Teamet använde dessa verktyg, som främst utvecklades av STScI:s Jay Anderson, för att göra de högprecisionsmätningar som krävdes för att upptäcka denna egenskap i den extremt trånga miljön i en globformig hop. Även om Hubbles synfält är mycket, mycket mindre så var gapet tydligt när dessa verktyg kombinerades med Euklides panoramavy.

"Med dessa verktyg visar vi att vi kan tänja på gränserna för Euklides, och i framtiden det romerska rymdteleskopet, över ett brett synfält," sade teammedlemmen Mattia Libralato, tidigare på STScI och för närvarande vid Italiens nationella institut för astrofysik (INAF) i Padova, Italien. "Ytterligare undersökningar med Euclid och i framtiden Roman kommer förhoppningsvis att göra det möjligt för oss att bättre karaktärisera denna formation även i andra klotformiga hopar."

The Lagets resultat publicerad idag i Astronomi ochAstrofysik. 

Röda dvärgstjärnor slukar jordliknande planeter

 

Bild https://ras.ac.uk/ Illustratörs tolkning av  två jordstora världar som passerar framför röda dvärgstjärnan i TRAPPIST-1-systemet, 40 ljusår bort. Credit ESA/Hubble Licenstyp Attribution (CC BY 4.0)

Forskare vid Keele University Staffordshire, England och University of Exeter i Storbritannien  har studerat tusentals stjärnor och fann då bevis för att sex olika röda dvärgstjärnor den minsta, svalaste och vanligaste typen av stjärna i universum hade omslutit jordliknande stenplaneter.

Det som avslöjade det var det mycket detekterbara kemiska fingeravtrycket, beskriver huvudförfattaren till studien (se nedan)  professor Robin Jeffries vid Keele University.

"Vi upptäckte att några av de röda dvärgstjärnor vi studerade innehöll litium, ett kemiskt grundämne som inte borde finnas där. Därför sticker även en liten mängd litium ut tydligt i dessa stjärnor – lite som att kasta färg på en tom duk." förklarade han.

Professor Jeffries tillägger: "Röda dvärgar är mindre och svalare än vår sol men inuti är de extremt varma. Denna värme bör förstöra allt innehåll an  deras ömtåliga litium i kärnreaktioner kort efter att det bildats."

På grund av detta har det tidigare funnits förutsägelser om att upptäckt av litium i stjärnans atmosfär kan tyda på att  litiumrikt material dragits in från ett omgivande planetsystem.

I den nya studien undersökte forskarna unga stjärnhopar med hjälp av spektroskopiska data vilket syftar på hur olika materia interagerar med elektromagnetisk strålning.

Gaia-ESO Spectroscopic (GES)-undersökningsdata täckte tusentals stjärnor varav teamet identifierade sex olika röda dvärgstjärnor i tre separata kluster med mycket högre litiumhalt än andra stjärnor av liknande spektral typ.

Deras analys tyder på att dessa stjärnor dramatiskt slukat sina omgivande jordliknande planeter eller totalt cirka 3 till 10 jordmassor planetmaterial, vilket gav en nytt litium till deras annars litiumutarmade atmosfärer.

Dessa uppslukningshändelser har länge teoretiserats som ett möjligt och till och med sannolikt utfall under tidig planetsystembildning och kan till och med ha inträffat  i vårt eget solsystems tidigaste år.

Om denna förklaring visar sig vara korrekt kommer ett nytt fönster att ha öppnats in i planetsystemens tidiga liv vilket möjliggör undersökning av mängden och tidpunkten för planetslukningar .

Till skillnad från isolerade stjärnor har de som finns i kluster väl kända åldrar och massor och förekomsten av många liknande solsyskon från samma ursprungliga material innebär att även små kemiska skillnader är lättare att fastställa, beskriver forskarna.

Studien om fenomenet är publicerad i Monthly Notices of the AstronomicalSociety och stöder den teorin att unga stjärnor kan sluka' närliggande världar under tiden som ett  planetsystem bildas. 

Röda dvärgstjärnor har en brist på gasplaneter i Jupiters storlek.

 

Den vanligaste stjärnan i universum är den röda dvärgstjärnan. Planetsystemen där består ofta av Neptunusstora gasplaneter som ligger nära sin sol och stora stenplaneter av större slag än Jorden. I vårt solsystem däremot finns inga större stenplaneter än Jorden och inga stora Neptunusliknande planeter i närheten av solen.

Men frågan är betydelsen av bristen på Jupiterstora gasplaneter kontra liv på stenplaneter i röda stjärnors planetsystem.

Vid Cambridge universitet i Massachusetts har astronomer visat att de vanligaste slagen av stjärnor i universum är röda dvärgstjärnor och där finns mycket sällan Jupiter-liknande planeter. Denna frånvaro i Jupiterstorlek (gasplaneter) kan få stora konsekvenser för utvecklingen av jordliknande planeter runt röda dvärgar och därmed jordlika planeter där liv kan utvecklas. Möjligen ska vi inte i första hand söka efter liv i dessa solsystem.

Jupiter har spelat en dominerande roll i utvecklingen av vårt solsystem. Forskare misstänker att Jupiter hade betydelse för att jorden skulle bli beboelig. Planeten påverkade vår världs bildande, storlek och sammansättning. Således tyder bristen på stora gasjättar i röda dvärgstjärnors planetsystem på att steniga världar där inte har utvecklats till jordlika livsvänliga platser.

Vi har visat att de minst massiva stjärnorna (röda dvärgar) inte har Jupiterliknande planeter. Planeter med Jupiters massa som får liknande mängder stjärnljus som Jupiter får från vår sol, beskriver Emily Pass, forskare vid Centrum för astrofysik. Harvard &; Smithsonian (CfA) och huvudförfattare till en  studie som ska (eller nu har) publiceras i The Astronomical Journal.

Resultaten har ytterligare betydelse eftersom många röda dvärgstjärnor finns bland våra närmaste kosmiska grannar. Den närheten, tillsammans med det faktum att svala, svaglysande röda dvärgar inte överväldigar sina planeter i bländning gör att exoplaneter där är enklare att analysera atmosfären på - ett viktig forskningsprioritetsområde nu och under de närmaste decennierna.

De närliggande röda dvärgstjärnorna som man såg på i studien och deras planeter är idealiska planeter för detaljerad undersökning med James Webb Space Telescope enligt studiens medförfattare David Charbonneau, professor vid Harvard University och medlem av Center for Astrophysics vid Harvard och Smithsonian.

För att mäta frekvensen av Jupiter-planeter undersökte Pass med sina kollegor  200 små röda dvärgstjärnor var och en endast bestående av 10% till 30% av solens massa. Sådana små röda dvärgar är vanligast därute. De finns i mycket större antal än stjärnor  som vår sol i Vintergatan. Observationerna samlades in mellan 2016 och 2022 främst från Fred Lawrence Whipple Observatory, beläget i Arizona, samt Cerro Tololo Inter-American Observatory i Chile.

Forskarna förlitade sig på radialhastighetstekniken för att finna alla stora exoplaneter i deras stjärndataset. När planeter kretsar kring sina små dvärgstjärnor får kropparnas växelverkande gravitation stjärnorna att "vackla" en effekt som kan urskiljas i detaljerade avläsningar av stjärnljus.

Ingen Jupiterlik planet upptäcktes i röda dvärgstjärnors planetsystem.

Resultaten står i skarp kontrast till liknande undersökningar av medelstora stjärnor som vår sol, som vanligtvis har massiva planeter av Jupiterstorlek. De enorma massorna i dessa världar - Jupiter ensam innehåller mer massa än alla andra planeter tillsammans i vårt solsystem - översätts till enorm gravitation, och enorm gravitation översätts till långtgående inflytande på andra närliggande kroppar.

Bland de viktigaste händelserna är Jupiters migration under de första hundra miljoner åren av solsystemets existens. Efter bildandet i solsystemets yttersta räckvidd antas teoretiskt Jupiter, tillsammans med de andra yttre planeterna, ha rört sig inåt mot solen. I processen drog Jupiters gravitation massor av isrika kometkroppar på kollisionskurs med de fyra steniga världarna i det inre solsystemet.

När ett stort antal av dessa isiga kroppar påverkade vår unga planet levererade de stora mängder vatten, potentiellt tillsammans med organiska (kolinnehållande) molekyler. Vattnet samlades på vår världs yta och skapade efterhand oceanerna i vilka organiska molekyler tros ha blandats i miljontals år. Så småningom utvecklade molekylerna komplexitet och började självreplikeras efter att ha övergått till det vi kallar liv.

Utan Jupiter hade dessa förhållanden kanske inte har kommit till och livet kanske aldrig kommit igång.

Även om de nya resultaten tyder på att omständigheterna som ledde till att minst en värld i vårt solsystem blev beboelig sannolikt inte kommer att matchas i solsystem med små röda stjärnor, ska vi inte säga att liv är omöjligt i dessa solsystem.

Frånvaron av Jupiter-liknande planeter innebär att mer råmaterial borde finnas tillgängligt för att bygga upp mindre, steniga kroppar, eftersom detta material inte införlivades i Jupiter-liknande världar. Faktum är att andra studier har visat att röda dvärgars fasta stenplaneter tenderar att vara större i storlek än de runt stjärnor som vår sol.

På liknande sätt verkar steniga planeter bildas i större antal runt röda dvärgar än i solsystem som vår sol. Exempel har TRAPPIST-1-planetsystemet sju steniga världar i banor mycket närmare den röda dvärgstjärnan än Merkurius är vid vår sol. 

 

"Vårt arbete innebär att steniga världar med massor som liknar jorden och kretsar kring röda dvärgar utvecklades i en helt annan miljö än Jorden, säger Pass.

Kanske det finns ett samband med Jupiterstora planeter och stora steniga planeter. I så motto att det antingen finns det ena eller det andra runt en sol och skillnaden beror på om det är en röd dvärgstjärna eller en sol av minst vår sol. Men det finns enligt mig en frågeställning till, Är det samma mängd av massa som ska bilda planeter vid varje nybildad sol?

Bild vikipedia Nyupptäckta exoplaneter per år. Dubbelklicka på bilden för förstoring.

Atmosfär försvinner från jordliknande planeter

 

Likt planeterna i vårt solsystem är förståelsen av soldynamiken i ett system en avgörande aspekt i att förstå livsmöjligheter. Jordens skyddande magnetfält upprätthåller sedan miljarder år tillbaks en atmosfär runt Jorden. Något som även gett ett stabilt klimat för livet att utvecklas här.

Däremot finns andra steniga planeter som kretsar runt vår sol antingen atmosfärlösa har mycket tät molnig atmosfär (Venus) eller har mycket tunn atmosfär (Mars) på grund av  interaktion med solen. Under de senaste åren har astronomer sökt efter samma process vid planeter i andra solsystem. Till exempel genomförde ett internationellt team av astronomer med ledning från bland annat National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) nyligen  observationer av två superjordar som kretsar mycket nära sina respektive stjärnor.

Dessa planeter, som inte har några kraftiga ursprungliga atmosfärer, representerar en chans att undersöka utvecklingen av atmosfärförändringar på heta steniga planeter. Dr. Hirano och hans team valde två planeter som ursprungligen identifierats av  NASA: s Transitting Exoplanet Survey Spacecraft (TESS) - TOI-1634b och TOI-1685b. Dessa två superjordplaneter kretsar kring M-stjärnor (röda dvärgar) och finns cirka 114 respektive 122 ljusår bort i riktning mot stjärnbilden Perseus.

TOI-1685 b är en exoplanet som kretsar kring stjärnan TOI-1685, belägen cirka 122,7 ljusår bort och TOI-1634 b är en exoplanet som kretsar kring stjärnan TOI-1634 belägen cirka 115,0 ljusår från oss.

I Studien beskrivs deras resultat nyligen publicerade i The Astrophysical Journal under ledning av Dr. Teruyuki Hirano från NAOJ och The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI) i Tokyo, Japan. Till att börja med bekräftade Dr. Hirano och hans kollegor att planeterna är steniga superjordar som mäter 1,7 och 1,79 jordradier och är 4,91 och 3,78 gånger så massiva som jorden. De bekräftade också att de har korta omloppsbanor24 respektive mindre än 17 timmar att slutföra ett varv runt sina röda dvärgstjärnor. De fann att de saknade en väte - heliumatmosfär liknande vad jorden hade för miljarder år sedan. Med all sannolikhet på grund av planeternas närhet till sina solar. Röda dvärgstjärnor är benägna att blossa upp  emellanåt vilket är förödande för närbelägna planeters bildande av atmosfär.

Dessa planeter ger dock en stor möjlighet att studera hur atmosfärer utvecklas på steniga planeter särskilt de som kretsar kring röda dvärgstjärnor. Dessutom innebär det faktum att dessa planeter saknar atmosfär att astronomer kommer att kunna testa teorier om steniga planeter som kretsar nära röda dvärgstjärnor. Jämfört med gula dvärgar av G-typ (som solen) är röda dvärgar kända för att vara variabla istället för lugna i sitt sken och benägna att blossa upp. Eftersom steniga planeter som kretsar inom en röd dvärgs beboeliga zon (nära sin sol) sannolikt är tidvattenlåsta (med ena sidan ständigt vänd mot stjärnan), är astronomer naturligtvis nyfikna på om de kan upprätthålla en atmosfär överhuvudtaget och i så fall hur länge. Röda dvärgar utgör uppskattningsvis 75 % av stjärnorna i Vintergatan och många steniga planeter har hittats i röda dvärgsystem (inklusive Proxima b, som kretsar runt den närmaste stjärnan till vår egen sol).

Upptäckten och analysen är inte positiv för sökandet efter liv på planeter i 75 % av solsystemen därute. De med en röd dvärgstjärna som sol. Så bäst vore att söka efter planeter där liv kan finnas i solsystem med en sol som vår gula sol. Det finns miljarder sådana solsystem därute.

Bild från https://www.universetoday.com/ på ovannämnda planeter ur en illustratörs synvinkel.