Supernova-jetfly kan forklare gamle stjerner rike på tunge elementer

Forskere ved Niels Bohr-instituttet kan ha løst et mysterium om gamle stjerner i ytre Melkeveis galakse. Disse stjernene er unormalt rike på tunge elementer som gull, platina og uran - tunge elementer som normalt sees i senere generasjoner av stjerner. Forskerne mener de tunge elementene i disse veldig gamle stjernene oppsto i eksplosive jetfly av supernovaer. Supernovaestrålene kan ha beriket gassskyer med de tunge elementene som senere dannet disse stjernene.

NGC 4594, en skiveformet spiralgalakse med rundt 200 milliarder stjerner. Melkeveien er en spiralgalakse, som NGC 4594. Over og under det galaktiske planet til både NGC 4594 og Melkeveien, er det en glorie som inkluderer eldre stjerner som dateres tilbake til galaksenes barndom for milliarder av år siden. I prinsippet bør halo-stjernene alle være primitive og dårlige i tunge elementer som gull, platina og uran. Men det er de ikke. Ny forskning viser at forklaringen kan ligge i voldsomme jetfly fra eksploderende gigantstjerner. Bildekreditt: ESO

Forskerteamet observerte 17 stjerner på den nordlige himmelen med European Southern Observatory (ESO) teleskoper og med det nordiske optiske teleskopet (IKKE). Resultatene av studien ble publisert i The Astrophysical Journal Letters 14. november 2011.

De 17 stjernene i studien er små, lette stjerner, som lever lenger enn store massive stjerner. De brenner ikke hydrogen lenger, men svulmer opp i røde kjemper som senere vil avkjøles og blir hvite dverger. Dette bildet viser CS31082-001. Via Niels Bohr Institute

Kort etter Big Bang antas universet å ha blitt dominert av mystisk mørk materie sammen med lyselementene hydrogen og helium. Da den mørke materien og gassene sammensatt av hydrogen og helium klumpet seg sammen via sin egen tyngdekraft, dannet de de første stjernene.

I det brennende indre av disse stjernene dannet termonukleær fusjon av hydrogen og helium de første tyngre elementene som karbon, nitrogen og oksygen. Denne fusjonsprosessen er det som gjør det mulig for alle stjernene å skinne, og oppbyggingen av tyngre elementer fra lettere elementer er det som gir oss den mangfoldige matrisen rundt oss på jorden og i rommet i dag. I løpet av noen hundre millioner år etter universets fødsel antas alle de kjente elementene å ha dannet seg - men bare i små mengder. Dermed bør de tidligste stjernene bare inneholde en promille av de tunge elementene som sees i dag i senere generasjons stjerner, som vår egen sol.

Hver gang en massiv stjerne brenner ut og dør i en voldsom eksplosjon kjent som en supernova, skyter den nydannede tunge elementer ut i verdensrommet. De tunge elementene blir en del av enorme gassskyer, som til slutt trekker seg sammen og til slutt kollapser for å danne nye stjerner. På denne måten blir de nye generasjonene av stjerner rikere på tunge elementer.

Melkeveien vår galakse, sett fra innsiden. Bildekreditt: Steve Jurvetson

Det er derfor overraskende å finne stjerner fra det tidlige universet som er relativt rike på de aller tyngste elementene. Men de finnes - selv i vår egen galakse, Melkeveien.

Terese Hansen, fra Niels Bohr-instituttet ved Københavns universitet, sa:

I de ytre delene av Melkeveien er det gamle stellarfossiler fra vår egen galakse s barndom. Disse gamle stjernene ligger i en glorie over og under galaksen s flatskive. I en liten prosentandel - omtrent 1-2 prosent av disse primitive stjernene - finner du unormale mengder av de tyngste elementene i forhold til jern og andre normal tunge elementer.

Hansen sa at det er to teorier som kan forklare de tidlige stjernene overdose av tunge elementer. En teori er at disse stjernene alle er nære binære stjernesystemer der en stjerne har eksplodert som en supernova og har belagt sin følgesvennstjerne med et tynt lag av nylaget gull, platina, uran og så videre.

Den andre teorien er at tidlige supernovaer kunne skyte de tunge elementene ut i jetfly i forskjellige retninger, slik at disse elementene ville bli bygget inn i noen av de diffuse gassskyene som dannet noen av stjernene vi ser i dag i galaksen hal s halo.

Hun sa:

Mine observasjoner av stjernenes bevegelser viste at det store flertallet av de 17 tunge elementrike stjernene faktisk er single. Bare tre (20 prosent) hører til binærstjernersystemer. Dette er helt normalt; 20 prosent av alle stjerner tilhører binære stjernesystemer. Så teorien om den gullbelagte nabostjernen kan ikke være den generelle forklaringen. Årsaken til at noen av de gamle stjernene ble unormalt rike på tunge elementer, må derfor være at eksploderende supernovaer sendte jetfly ut i verdensrommet. I supernovaeksplosjonen dannes de tunge elementene som gull, platina og uran, og når jetflyene treffer de omkringliggende gassskyene, vil de bli beriket med elementene og danne stjerner som er utrolig rike på tunge elementer.

Poenglinjen: En studie fra Niels Bohr Institute publisert i The Astrophysical Journal Letters 14. november 2011 avslører at eldgamle stjerner i ytre glorie i vår Melkeveis galakse - som er unormalt rike på tunge elementer som gull, platina og uran - kan ha resultert fra eksplosive jetfly av supernovaer. I dette scenariet ville supernovaestrålene beriket gassskyer med tunge elementer som senere dannet disse stjernene.

Les mer på Niels Bohr Institute

En kraftig supernova eksploderer relativt nær jorden

Å lage en melkevei