Spin kan fortelle en stjernes alder

A Star's Spin forteller dens alder

Astronomer bruker stjerneflekker for å se hvor fort en stjerne snurrer; fra studiene kan de finne ut hvor gammel stjernen er. Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Astronomer har noen få verktøy for å studere stjerner som lar dem finne ut relativ alder, for eksempel å se på temperaturene og lysstyrken deres. Generelt er rødlige og oransje stjerner eldre og kjøligere, mens blåhvite stjerner er varmere og yngre. Stjerner som solen kan betraktes som 'middelaldrende' siden deres alder ligger et sted mellom deres kule røde eldste og deres varme yngre søsken. Den generelle regelen er at varmere og mye mer massive stjerner, slik som de blåaktige stjernene viser på dette bildet, sannsynligvis vil leve kortere liv. Men hvilke ledetråder finnes for å fortelle astronomer hvor lenge disse livene vil være?

Denne delen av verdensrommet inneholder veldig varme, unge stjerner. Hvor lenge de lever og hvordan de dør, forteller mye om livssyklusene til stjerner over hele kosmos. Den svært massive stjernen R136a1 ligger i dette stjernedannende området i den store magellanske skyen (en nabogalakse til Melkeveien). NASA/ESA/STScI

Det er et ekstremt nyttig verktøy som astronomer kan bruke til å finne ut alder på stjerner som er direkte knyttet til hvor gammel stjernen er. Den bruker spinnhastigheten til en stjerne (det vil si hvor raskt den snurrer rundt sin akse). Det viser seg at stjernespinnhastigheten avtar etter hvert som stjernene eldes. Det faktum fascinerte et forskerteam på Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics , ledet av astronom Søren Meibom. De bestemte seg for å konstruere en klokke som kan måle stjernespinnene og dermed bestemme stjernens alder.

Hvorfor er det viktig å vite en stjernes alder?

Å kunne fortelle stjernenes alder er grunnlaget for å forstå hvordan astronomiske fenomener som involverer stjerner og deres følgesvenner utspiller seg over tid. Å vite en stjernes alder er viktig av mange grunner å gjøre med stjernedannelse priser i galakser så vel somdannelse av planeter.

Kunstnerens konsept av en protoplanetarisk skive rundt en nydannet stjerne. NASA

Det er også spesielt relevant for søket etter tegn på fremmed liv utenfor solsystemet vårt. Det har tatt lang tid for livet på jorden å oppnå den kompleksiteten vi finner i dag. Med en nøyaktig stjerneklokke kan astronomer identifisere stjerner med planeter som er like gamle som vår sol eller eldre.

Spinn av en stjerne forteller historien

En stjernes spinnhastighet avhenger av dens alder fordi den bremser jevnt med tiden, som en topp som snurrer på et bord, bremses ned etter noen minutter. En stjernes spinn avhenger også av massen. Astronomer har funnet ut at større, tyngre stjerner har en tendens til å snurre raskere enn mindre, lettere. Det er en nær matematisk sammenheng mellom masse, spinn og alder. Mål de to første, og det er relativt enkelt å beregne den tredje.

Et kunstnerinntrykk av en hvit dvergstjerne i bane med pulsar PSR J2222-0137. Det kan være den kuleste og mørkeste hvite dvergen som noen gang er identifisert. Spinnhastigheten til denne stjernen gir astronomer ledetråder til aldringsprosessen. B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Denne metoden ble først foreslått i 2003 av astronomen Sydney Barnes fra Leibniz Institute for Physics i Tyskland. Det kalles 'gyrokronologi' fra de greske ordene gyros (rotasjon), kronos (tid/alder), og logoer (studere). For at gyrokronologiske tidsaldre skal være nøyaktige og presise, må astronomer kalibrere sine nye stjerneklokker ved å måle spinnperioder til stjerner med både kjente aldre og masser. Meibom og kollegene hans har tidligere studert en klynge av milliarder år gamle stjerner. Denne nye studien undersøker stjerner i den 2,5 milliarder år gamle klyngen kjent som NGC 6819, og utvider dermed aldersområdet betydelig.

Å måle en stjernes spinn er ikke en lett oppgave. Ingen kan bare se på en stjerne hvor fort den snur seg. Så astronomer ser etter endringer i lysstyrken forårsaket av mørke flekker på overflaten - den stjerneekvivalenten til solflekker . De er en del av solens normal aktivitet og kan spores akkurat som starspots kan. I motsetning til vår sol, er imidlertid en fjern stjerne et uløst lyspunkt. Så astronomer kan ikke direkte se en solflekk krysse stjerneskiven. I stedet ser de etter at stjernen dimper litt når en solflekk dukker opp, og lyser opp igjen når solflekken roterer ut av syne.

Disse endringene er svært vanskelige å måle fordi en typisk stjerne dempes med mye mindre enn 1 prosent. Og tiden er et problem. For solen kan det ta dager før en solflekk krysser stjernens ansikt. Det samme gjelder stjerner med stjerneflekker. Noen forskere har kommet seg rundt dette ved å bruke data fra NASA planetjakt Kepler romfartøy , som ga presise og kontinuerlige målinger av stjerners lysstyrker.

Ett team undersøkte flere stjerner som veide 80 til 140 prosent så mye som solen. De var i stand til å måle spinnene til 30 stjerner med perioder fra 4 til 23 dager, sammenlignet med den nåværende 26-dagers spinnperioden til solen. De åtte stjernene i NGC 6819 som ligner mest på Solen har en gjennomsnittlig spinnperiode på 18,2 dager, noe som sterkt antyder at solens periode var omtrent den verdien da den var 2,5 milliarder år gammel (omtrent 2 milliarder år siden).

Teamet evaluerte deretter flere eksisterende datamodeller som beregner spinnhastighetene til stjerner, basert på deres masse og alder, og bestemte hvilken modell som best matchet deres observasjoner.

Raske fakta

• Spinnhastighet hjelper astronomer med å bestemme informasjon om alderen og utviklingen til en stjerne.
• Forskere studerer kontinuerlig spinnhastigheter for å forstå hvordan forskjellige typer stjerner endres over tid.
• Vår sol, som andre stjerner, snurrer rundt sin akse.