Observationer af røde kæmpestjerner kan måske bekræfte 50 år gammel teori
Når relativt små stjerner som Solen er ved at brænde ud, vil de svulme op og blive til røde kæmpestjerner – en fase i Sol-lignende stjerners liv, inden de kollapser og efterhånden bliver til en hvid dværg stjerne, der langsomt køler ned. I et halvt århundrede har astrofysikere kloden rundt teoretiseret omkring, at fasen som rød kæmpe ender i et kæmpe brag inde i kernen. Begivenheden kaldes et helium core flash, og på trods af at teorien har eksisteret længe, er det endnu ikke lykkedes at observere tegn på dette fænomen. Men i et nyt studie har man nu for første gang i forhenværende røde kæmpestjerner observeret aktivitet, som kan føre til de første observationer af et helium core flash. Bag studiet, der for nylig er publiceret i Nature Astronomy Letters, står et internationalt forskerhold med deltagelse af professor og centerleder ved DG-centret SAC, Jørgen Christensen-Dalsgaard.
Når Solen – og lignende stjerner – har opbrugt al brint i kernen, vil stjernen svulme op og begynde at afkøle som en såkaldt rød kæmpestjerne. Tilstanden som rød kæmpe er dog midlertidig og forskere verden over har længe haft en teori om, at fasen slutter med en eksplosion i stjernens kerne – et fænomen kaldet et ”helium core flash”.
Selvom teorien har eksisteret i 50 år, har man stadig ikke observeret tegn på at denne begivenhed finder sted, men ny forskning tænder nu et håb om, at helium core flashes snart kan observeres, og måske kan teorien derved bekræftes. Bag forskningen står blandt andre Jørgen Christensen-Dalsgaard, centerleder ved DG’s Stellar Astrophysics Centre (SAC) på Aarhus Universitet, hvor man er specialister i studiet af bevægelser i stjerner, der udløser svingninger i deres lysstyrke. Dette kaldes stjerneskælv eller astero-seismologi.
Et helium core flash vil resultere i kraftige stjerneskælv, der begynder med en voldsom energiudladning efterfulgt at en række svagere udladninger, der alle – over et par millioner år – sender bølger op gennem stjernen. Det kan sammenlignes med et jordskælv på Jorden, der også sender bølger fra Jordens indre op til overfladen.
Årsagen til, at helium core flashes ikke er observeret, er primært, at røde kæmpestjerners overflade normalt er dækket af et tykt lag brint, der dæmper og opsluger bølgerne, så astronomiske måleinstrumenter ikke kan opfange svingningerne og skelne dem fra stjernens normale overfladeaktivitet.
Men i det nye studie har forskerne forsøgt at komme uden om dette problem ved at regne på observationer af en stjernetype kaldet Sub-dwarf B. Disse stjerner er forhenværende røde kæmper, som, af endnu uforklarlige årsager, har mistet det meste af det tykke ydre brintlag. Derfor kan kraftige måleinstrumenter på teleskoper se lige ind i stjernes kerne, og det tilbageværende brintlag er ikke tykt nok til at dæmpe svingningerne fra helium core flashes. Konkret betyder studiet, at man har fundet af, at helium core flashes ville kunne ses af fx NASA-teleskopet TESS som ekstremt små variationer i observationerne af denne stjernetypes lysstyrke.
”Denne forskning giver os den første observationsinformation om de meget komplekse processer, der er forudsagt af teoretiske stjerne-modeller ved antændelse af heliumfusion. Den resulterende indsigt vil bidrage til vores forståelse af stjernernes evolution i andre sammenhænge, herunder i de sidste faser af udviklingen af massive stjerner, der fører til supernova-eksplosioner,” fortæller professor Christensen-Dalsgaard.
Mere information om studiet kan findes i en pressemeddelelse fra Aarhus Universitet her