När vår sol expanderar till en röd jätte berikas universum med nytt stjärnmaterial

 

Bild wikipedia Infraröd bild av stjärnan R Doradus ( HD 29712) en röd jättestjärna ca 180 ljusår bort i riktning mot den sydliga stjärnbilden Svärdfisken.

För att kunna förstå livets ursprung på jorden är det viktigt att förstå hur jättestjärnors vindar rör sig. I decennier har astronomer ansett att gasutsläpp från röda jättestjärnor (Stjärnors som vår sol som är i slutet av sin existens och expanderat)  berikar galaxen med kol, syre, kväve och andra grundämnen. Ämnen som är nödvändiga för livs bildning. Observationerna av R Doradus utmanar denna bild.

Röda jättestjärnor är solens äldre och svalare släktingar. När stjärnor som vår sol åldras förlorar de stora mängder material genom stjärnvindar, vilket berikar rymden mellan stjärnorna med råmaterial till nya planeter, stjärnor  och liv i framtiden. Trots deras betydelse har den fysiska mekanismen bakom dessa vindar varit (och är till viss del ännu) oklar.

Forskare vid Chalmers  har studerat den närliggande röda jättestjärnan R Doradus och gjort en oväntad upptäckt med stora konsekvenser för förståelsen av vad som pågår. De små stoftkorn som omger stjärnan är för små för att stjärnljuset ska kunna knuffa dem tillräckligt hårt för att de ska nå ut i den interstellära rymden.  Forskargruppen observerade R Doradus med instrumentet Sphere ingående i  ESO:s Very Large Telescope. De mätte upp ljus som reflekteras av stoftkorn i ett område runt stjärnan som  ungefär lika stort som vårt solsystem. Analys med hjälp av polariserat ljus i olika våglängder gav forskarna möjlighet att bestämma stoftkornens storlek och sammansättning. Resultatet visade sig stämma väl överens med vanligt slag av stjärnstoft ex silikater och aluminiumoxid.

Observationerna kombinerades därefter med avancerade datorsimuleringar av hur stjärnljus samverkar med stoft runt stjärnan.

– För första gången kunde vi utföra systematiska tester för att  avgöra om dessa stoftkorn kan få en tillräckligt stark stöt från stjärnans ljus, beskriver Thiébaut Schirmer, huvudförfattare till forskningsartikeln.

Resultatet blev att trycket från stjärnljuset räckte inte till utkast från stjärnan. De stoftkorn som omger R Doradus är vanligtvis endast en tiotusendels millimeter stora  vilket är för litet för att bara stjärnljus skulle räcka för att driva stjärnstoftet ut i rymden.

Resultaten pekar mot att andra, mer komplexa processer spelar en viktig roll för att detta ska ske. Forskargruppen har tidigare använt teleskopet Alma för att fånga bilder av enorma bubblor som stiger och sjunker på R Doradus yta vilket kan vara hur stjärnvind uppstår och stoff den vägen lämnar stjärnan.

Studien leddes av forskare vid Chalmers tekniska högskola och har publicerats i tidskriften Astronomy & Astrophysics. 

Teamet bestod av Thiébaut Schirmer, Theo Khouri, Wouter Vlemmings, Gunnar Nyman, Matthias Maercker, Ramlal Unnikrishnan, Behzad Bojnordi Arbab, Kirsten K. Knudsen och Susanne Aalto. Alla medförfattare är verksamma vid Chalmers tekniska högskola, förutom Gunnar Nyman som är verksam vid Göteborgs universitet.

Galaxhopen Coma tömmer en spiralgalax på sitt stjärnmaterial just nu.

Coma-hopen är en hop av galaxer belägen 330 miljoner ljusår från jorden i riktning mot stjärnbilden Berenikes hår. Se bild. Miljön i centrum av galaxhopen Coma är en energirik plats där gravitationen är stark och en spiralgalax som i sin bana nu kommit nära dess  centrum har nu fått problem.  Spiralgalaxen det handlar om har beteckningen  D100.


 Nytagna bilder från NASA:s Hubbleteleskop visar att D100 töms på sin gas vilken störtar in mot Coma-hopens centrum. En lång, tunn ström av gas och stoft ses försvinna från D100:s  kärna och vidare ut i rymden i riktning mot Coma-hopens centrum.


Efter hand kommer därför D100 att förlora all sin vätgas och bli en död galax. Död i så motto att allt stjärnmaterial i form av gas och damm försvunnit och omöjliggör att nya stjärnor bildas. Enbart de stjärnor som nu finns i galaxen blir kvar och de åldras efter hand.


Det blir till slut en galax med det svaga skenet från gamla, röda stjärnor. D100 är ett särskilt extremt exempel på processer som är vanliga i massiva galaxkluster där en galax i sin bana kommer för långt in i ett cluster av galaxer och då får händelseschemat att gå från att vara en spiralgalax full av stjärnbildning till en med röda dvärgstjärnor och som kan ses som början till en död galax sade William Cramer av Yale University i New Haven, Connecticut, ledare för laget för Hubbleobservationerna.  Spiralarmarna försvinner och galaxen som blir kvar blir endast bestående av gamla stjärnor.


Detta fenomen har varit känt i flera decennier. Men Hubbleteleskopet ger här de bästa bilderna på en galax som genomgår denna process. Processen som  inträffar när en galax, på grund av gravitation sjunker in mot den täta mitten av ett massivt kluster av tusentals galaxer vilka svärmar runt där och kan ses som ett myller av bin vilka suger ur galaxer som kommer i dess väg. Samtidigt plogar D100 genom det intergalaktiska materialet som finns här som en båt som rör sig genom vattnet. Materialet pressar gas och stoft bort från galaxen på dess långa väg ut ur Coma-hopen. 

När galaxen till slut förlorat all sin vätgas vilket är bränslet för stjärnbildning uppstår ett för tidigt slut för galaxen då här inte längre kan skapas nya stjärnor. Gasutsläppsprocessen i D100 började för ungefär 300 miljoner år sedan.


Som vi ser har även galaxer en förväntad livslängd i detta fall beroende på vätgasandel. Men likt för tidig bortgång bland människor kan samma sak även ske bland galaxer som vi kan utläsa genom ovan.