Till skillnad från vår sol lever de flesta stjärnor ihop. Ibland kommer paren så nära varandra att den ena uppslukar den andra – med långtgående konsekvenser. När ett Chalmerslett team av astronomer använde teleskopet Alma för att studera 15 ovanliga stjärnor, blev de förvånade över att de alla nyligen genomgått denna fas. Upptäckten ger nya insikter om himlens mest dramatiska fenomen – och om liv, död och återfödelse bland stjärnorna.

Med hjälp av jätteteleskopet Alma i Chile studerade ett Chalmerslett forskarteam 15 ovanliga stjärnor i vår galax, Vintergatan – den närmaste på 5000 ljusårs avstånd från jorden. Teamets mätningar visar att samtliga av stjärnorna nyligen upplevt en fas i sin utveckling som länge gäckat forskare, men som tros leda till många andra astronomiska fenomen. Dessutom är stjärnorna alla dubbla. Forskningsresultaten publiceras nyligen i den vetenskapliga tidskriften Nature Astronomy.

Genom att i tur och ordning rikta antennerna i Alma mot 15 utvalda stjärnor för att mäta strålningen från olika molekyler nära dem hoppades forskarna hitta ledtrådar till stjärnornas historia. Stjärnorna, som fått smeknamnet ”vattenfontäner”, var redan kända bland astronomer på grund av intensiv strålning från vattenmolekyler – producerad av ovanligt tät och snabbrörlig gas.

Teleskopet Alma är placerat på en högplatå 5 000 meter över havet i Chile och är känsligt för ljusstrålning med våglängder runt en millimeter – osynlig för mänskliga ögon men idealisk för att se genom Vintergatans lager av interstellära moln, och skåda stjärnor dolda bakom stoftridåer.

– Vi var extra nyfikna på de här stjärnorna eftersom de verkar blåsa ut mängder med stoft och gas i rymden, varav en del i form av jetstrålar med hastigheter på upp till 1,8 miljoner kilometer i timmen. Vi trodde att vi skulle hitta ledtrådar till hur jetstrålarna skapats, men istället hittade vi mycket mer än så, säger Chalmersforskaren Theo Khouri, som är försteförfattare till den nya studien.
 

Stjärnorna kastade ut upp till hälften av sin totala massa

Forskarna använde Alma för att mäta förekomsten av kolmonoxidmolekyler, CO, i strålningen från stjärnorna, och för att jämföra signaler från olika atomer (isotoper) av kol och syre. Till skillnad från sin systermolekyl koldioxid, CO2, är kolmonoxid relativt lätt att upptäcka i rymden och fungerar därför som ett favoritverktyg för astronomer.

– Tack vare Almas enastående känslighet kunde vi upptäcka de mycket svaga signalerna från flera olika molekyler i gasen som kastas ut av dessa stjärnor. När vi tittade noga på mätningarna såg vi detaljer som vi verkligen inte hade väntat oss, säger Theo Khouri.

Observationerna bekräftade att de yttre lagren höll på att blåsa bort från alla stjärnorna i studien. Men proportionerna mellan de olika syreatomerna i molekylerna indikerade att stjärnorna i ett annat avseende inte var så extrema som de först hade verkat, förklarar teammedlem Wouter Vlemmings, astronom på Chalmers.

– Vi insåg att de här stjärnorna började sina liv med samma massa som solen, eller bara några få gånger mer. Nu visade våra mätningar att var och en har kastat ut upp till hälften av sin totala massa, bara under de senaste hundra åren. Något riktigt dramatiskt måste ha hänt dem, säger han.

”Den märkligaste, mest underbara och viktigaste processen som två stjärnor kan uppleva i sina gemensamma liv”

Hur kunde så pass små stjärnor så snabbt förlora så mycket massa? Alla bevis pekade mot samma förklaring, tyckte forskarna. Samtliga stjärnor var dubbelstjärnor, och de hade alla precis gått igenom en fas där de två stjärnorna delat samma atmosfär – den ena stjärnan helt omsluten i den andra.

– I den fasen kretsar de två stjärnorna tillsammans, i en slags kokong. Denna fas, som kallas common envelope på engelska, eller gemensamt hölje, är riktigt kort och varar bara några hundra år. I astronomiska termer är det över på ett ögonblick, säger teammedlemmen Daniel Tafoya.

Stjärnor som lever i dubbelsystem kretsar helt enkelt runt sitt gemensamma masscentrum. Men stjärnorna i studien delar dessutom på samma atmosfär. För en stjärna är det en livsavgörande händelse att genomgå en sådan fas, och kan till och med leda till att stjärnorna helt smälter samman.

Forskare tror att den här typen av intima episoder ligger bakom några av himlens mest spektakulära fenomen. Att förstå hur det går till kan vara en del av svaret på några av astronomernas största frågor kring hur stjärnor lever och dör, förklarar Theo Khouri.

– Vad orsakar en supernovaexplosion? Hur kommer svarta hål tillräckligt nära varandra för att kollidera? Hur skapas de vackra och symmetriska objekt som vi kallar planetariska nebulosor? Astronomer har under många år misstänkt att stjärnornas delade höljen är en del av svaren på frågor som dessa. Nu har vi ett nytt sätt att studera denna omvälvande men gåtfulla fas, säger Theo Khouri.

Att förstå den här speciella fasen kommer också att hjälpa forskare att studera vad som kommer att hända i mycket avlägsen framtid, när också solen blir en större, svalare stjärna – en röd jätte – som kan komma att omsluta de innersta planeterna.

– Vår forskning kommer att hjälpa oss att förstå hur det skulle kunna hända, men det ger också ett annat, mer hoppfullt perspektiv. När dessa stjärnor omfamnar varandra skickar de damm och gas ut i rymden som kan bli ingredienserna för kommande generationer av stjärnor och planeter, och med dem potentialen för nytt liv, säger Daniel Tafoya.

Eftersom de 15 dubbelstjärnorna i studien verkar utvecklas på en mänsklig tidsskala, planerar teamet att fortsätta bevaka dem, med hjälp av Alma och andra radioteleskop. Med SKA-observatoriets framtida teleskop hoppas de kunna studera hur stjärnorna bildar sina strålar och förändrar sin omgivning. De hoppas också hitta fler – om det finns några.

– Vi tror faktiskt att de kända ”vattenfontänerna” kan vara nästan de enda i sitt slag i hela vår galax. Om det är sant, så är dessa stjärnor verkligen nyckeln till att förstå den märkligaste, mest underbara och viktigaste processen som två stjärnor kan uppleva i sina gemensamma liv, avslutar Theo Khouri.

Mer om forskningen och om Alma

Dessa forskningsresultat presenteras i artikeln “Observational identification of a sample of likely recent Common-Envelope Events” som publiceras i tidskriften Nature Astronomy den 16 december 2021. 

Medlemmarna i forskargruppen är: Theo Khouri (Chalmers), Wouter H. T. Vlemmings (Chalmers), Daniel Tafoya (Chalmers), Andrés F. Pérez-Sánchez (Leidenuniversitetet, Nederländerna), Carmen Sánchez Contreras (Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), Spanien), José F. Gómez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC, Spanien), Hiroshi Imai (Kagoshima University, Japan) och Raghvendra Sahai (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, USA).

Alma är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan ESO (Europeiska sydobservatoriet), i vilket Sverige är ett av 15 medlemsländer, National Science Foundation i USA och Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samverkan med Chile. Alma stöds av ESO åt dess medlemsländer, av NSF i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) och Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC) samt av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Koreas Institut för astronomi och rymdforskning (KASI).

Chalmers och Onsala rymdobservatorium har varit med sedan starten och bland annat byggt mottagare till Alma. Vid Onsala rymdobservatorium finns Nordic Alma Regional Centre som tillhandahåller teknisk expertis om Alma och som hjälper nordiska astronomer att använda teleskopet.

För mer information, kontakta

Robert Cumming, kommunikatör, Onsala rymdobservatorium Chalmers tekniska högskola
031 772 5500
0 70 49 33 114
robert.cumming@chalmers.se

Theo Khouri, forskare, institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap, astronomi och plasmafysik, Chalmers tekniska högskola
+46 760 958023
theo.khouri@chalmers.se

Joshua Worth
Kommunikatör
031 772 63 79
joshua.worth@chalmers.se

________________

Chalmers tekniska högskola i Göteborg forskar och utbildar inom teknik och naturvetenskap på hög internationell nivå. Universitetet har 3 100 anställda, 10 000 studenter och utbildar ingenjörer, arkitekter och sjöbefäl.

Med vetenskaplig excellens som grund utvecklar Chalmers kompetens och tekniska lösningar för en hållbar värld. Genom globalt engagemang och entreprenörsanda skapar vi innovationskraft, i nära samarbete med övriga samhället. EU:s största forskningsinitiativ – Graphene Flagship – leds av Chalmers, liksom bygget av en svensk kvantdator.

Chalmers grundades 1829 och har än idag samma motto: Avancez – framåt.

—

Det är tillåtet att ladda ner, sprida och använda bifogade bilder och illustrationer, om inget annat anges, för publiceringar i samband med Chalmers pressmeddelanden så länge Chalmers och fotograf/illustratör står med som upphovsperson där möjlighet ges. Det är tillåtet att beskära och justera i materialet för att anpassa format för publikation men det är ej tillåtet att omarbeta originalet på ett sådant sätt att det ändrar den ursprungliga innebörden. Materialet är avsett att användas i redaktionellt syfte. Kommersiell användning, som del i marknadsföring av varor och tjänster, är inte tillåten.

Vi vill att Chalmers och våra fotografer och illustratörer namnges i samband med publicering där det är möjligt enligt följande modell:

• Foto: Chalmers tekniska högskola| Förnamn Efternamn
• Grafik/Illustration: Chalmers tekniska högskola| Förnamn Efternamn