Skillnad av uppbyggnad i stjärnor i ett dubbelstjärnsystem

 

En dubbelstjärna eller binärt stjärnsystem är ett stjärnsystem som består av två stjärnor i stället för en enda som i vårt eget solsystem. Dubbelstjärnorna kretsar kring samma tyngdpunkt.

85 % av stjärnorna därute ingår i dubbelstjärnsystem (eller tre-fyrstjärnsystem) enligt nuvarande uppskattningar. Stjärnpar utvecklas tillsammans ur samma molekylmoln av de material som finns i detta. Astronomer förväntar sig därför att systemen(stjärnorna) har nästan identiska sammansättningar och så även deras planetsystem. Men i många system är det inte så. Föreslagna förklaringar till dessa olikheter är händelser som inträffade efter att stjärnorna utvecklats. Men nu har ett team av astronomer för första gången bekräftat att de faktiskt kan härstamma från tiden innan stjärnorna ens började bildas.

Teamet leddes av Carlos Saffe vid Institute of Astronomical, Earth and Space Sciences (ICATE-CONICET) i Argentina där teleskopet Gemini South i Chile användes och ena halvan av International Gemini Observatory, delvis finansierat av U.S. National Science Foundation som drivsav NSF NOIRLab. Med den nya, exakta Gemini High Resolution Optical SpecTrograph (GHOST) studerade teamet olika våglängder av ljus, (spektra) som avgavs från ett par jättestjärnor (binära) vilket avslöjade signifikanta skillnader i deras kemiska sammansättning.

Tidigare studier har föreslagit tre möjliga förklaringar till kemiska skillnader mellan stjärnor i ett dubbelstjärnsystem. Två förklaringar involverar processer som skulle inträffat långt senare i stjärnornas utveckling: atomic diffusion eller sedimentering av kemiska grundämnen i gradientskikt (förändringar i skiktet) beroende på varje stjärnas temperatur och ytgravitation; eller uppslukandet av en liten, stenig planet, vilket skulle introducera kemiska variationer i en stjärnas sammansättning.

Den tredje möjliga förklaringen går tillbaka till själva stjärnbildningen vilket tyder på att skillnaderna härstammar från ursprungliga områden med olikhet i molekylmolnet vari de bildades. Enkelt uttryckt, om molekylmolnet har en ojämn fördelning av kemiska grundämnen, kommer stjärnor som bildas i det molnet att ha olika sammansättningar beroende på vilka grundämnen som fanns tillgängliga på den plats där var och en av stjärnorna bildades. Hittills har studier kommit fram till att alla tre förklaringarna är troliga.

Nuvarande studie som med hjälp av de precisionsmätningar från ex GHOST-instrumentet samlar nu Gemini South nu in vilket innebär observationer av stjärnor i slutet av sin existens för att avslöja den miljö de kom till i, beskriver Martin Still, NSF:s programchef för International Gemini Observatory.  Detta ger oss möjlighet att utforska hur de förhållanden under vilka stjärnor bildas kan påverka hela deras fortsatta existens under miljoner eller miljarder år, tillägger han.

Tre konsekvenser av denna studie är av särskild betydelse. För det första ger dessa resultat en förklaring till varför astronomer ser dubbelstjärnor med så olika planetsystem. "Olika planetsystem kan betyda mycket olika planeter – steniga, jordliknande, isjättar, gasjättar – som kretsar kring sina stjärnor på olika avstånd och där potentialen att stödja liv kan vara mycket olika", beskriver Saffe.

För det andra utgör dessa resultat en avgörande utmaning för konceptet kemiskt innehåll – att använda kemisk sammansättning för att identifiera stjärnor som kommit från samma miljö eller stjärnmiljö – genom att visa att stjärnor med olika kemisk sammansättning kan ha samma ursprung (men inte behöver ha det).

Slutligen kommer observerade skillnader som tidigare tillskrivits nedslag av planeter på en stjärnas yta att behöva granskas eftersom de nu kan ses som att skillnaden har funnits där från stjärnans bildande.

Då det gäller att stjärnor kan bildades i gasmoln men ändå vara olikt uppbyggda är det inte konstigt, se på nebulosor dessa är inte kemiskt välblandade (påstår jag).

Bild vikipedia. Animation av ett binärt stjärnsystem som visar överföring av massa mellan stjärnorna.

Strukturen på Phobos en av Mars månar

 

Phobos är den större och innersta av Mars två månar. MARSIS-instrumentet är ett instrument på Mars Express ursprungligen utformat för att studera Mars inre struktur. Konstruerat för användning på ett avstånd mellan rymdfarkosten och Mars yta av mer än 250 km.

Nyligen uppgraderades dess mjukvara vilket gör att den kan användas på mycket närmare avstånd och då användas för undersökning av Phobos för att utreda denna månes  ursprung.

"Under denna förbiflygning använde vi MARSIS för att studera Phobos från så nära håll från Phobos som 83 km", säger Andrea Cicchetti vid MARSIS-teamet påINAF.

 "Att komma närmare månen gör att vi kan studera dess struktur mer detaljerat och identifiera viktiga funktioner som vi aldrig skulle ha kunnat se från längre avstånd. I framtiden är vi övertygade om att vi kan använda MARSIS från ner till 40 km. Mars Express omloppsbana har även den finjusterats för att ta farkosten så nära Phobos som möjligt under en handfull förbiflygningar mellan 2023 och 2025.

MARSIS är känd för sin roll i upptäckten av tecken på flytande vatten på Mars. Arbetssättet är att MARSIS skickar lågfrekventa radiovågor mot Mars eller Phobos från sin 40 meter långa antenn.

Merparten av dessa vågor reflekteras då från kroppens yta men vissa färdas igenom och reflekteras vid gränser mellan lager av olika material under ytan.

Genom att undersöka de reflekterade signalerna kan forskare kartlägga strukturen under ytan och studera egenskaper som materials tjocklek och sammansättning. Då det gäller Mars kan detta avslöja olika lager av is, jord, sten och vatten. Men Phobos interna struktur är mer av ett mysterium då det gäller dess sammansättning och uppgraderingen av MARSIS kan ge viktiga insikter för att lösa detta.

– Om Mars två små månar är infångade asteroider eller är av material som slitits loss från Mars under en kollision är en öppen fråga, säger ESA Mars Express-forskaren Colin Wilson. "Deras utseende tyder på att de var asteroider. Men hur de kretsar kring Mars tyder på något annat."

– Vi är fortfarande i ett tidigt skede i vår analys, säger Andrea. – Men vi har redan sett möjliga tecken på tidigare okända drag under månens yta. Den övre högra bilden visar "radargrammet" som MARSIS förvärvade under förbiflygningen av Phobos den 23 september 2022. (se denna medföljande länk) 

Ett radargram avslöjar här de "ekon" som skapas när radiosignalen från MARSIS studsar av något den träffar på och återvänder till instrumentet. Ju ljusare signalen är desto kraftfullare är ekot.

Den kontinuerliga ljusa linjen visar ekot från Phobos yta. De lägre reflektionerna är antingen orsakade av funktioner på månens yta, eller tecken på möjliga strukturella egenskaper under ytan (e).

"Avsnitt A—C spelades in med en äldre konfiguration av MARSIS-programvaran", säger Carlo Nenna, mjukvaruingenjör påEnginium, som genomför uppgraderingen. "Den nya konfigurationen förbereddes under" tekniska gapet "och användes framgångsrikt för första gången från D - F."

De vänstra och nedre högra bilderna visar observationsvägen över Phobos yta.

MARSIS drivs avIstituto Nazionale di Astrofisica (INAF), Italien, och finansieras av den italienska rymdorganisationen (ASI).ESA och dess medlemsstater vilka deltar i det kommande uppdraget Martian Moons eXploration (MMX) för att landa på Phobos och återlämna ett prov av dess ytmaterial till jorden. MMX-uppdraget som leds av den japanska rymdorganisationen (JAXA), är planerat att starta 2024 och returnera sina prover till jorden 2029. Instrument ombord på Mars Express har varit avgörande för den detaljerade studien av Phobos som är nödvändiga för att förbereda sig för MMX-uppdraget.

Bild vikipedia på Phobos och kratern Stickney. Montage av tre separata bilder tagna av Viking 1 den 19 oktober 1978.