Døende stjerner puster liv ind i Jorden:studie

Mens døende stjerner tager deres sidste åndedrag af livet, de drysser forsigtigt deres aske ud i kosmos gennem de storslåede planetariske tåger. Disse aske, spredes via stjernevinde, er beriget med mange forskellige kemiske elementer, inklusive kulstof.

Resultater fra en undersøgelse offentliggjort i dag i Natur astronomi viser, at disse døende stjerners sidste åndedrag, kaldet hvide dværge, kaste lys over kulstofs oprindelse i Mælkevejen.

"Resultaterne viser nye, strenge begrænsninger for, hvordan og hvornår kulstof blev produceret af stjerner i vores galakse, ender i det råmateriale, hvorfra Solen og dens planetsystem blev dannet for 4,6 milliarder år siden, " siger Jeffrey Cummings, en Associate Research Scientist ved Johns Hopkins University's Department of Physics &Astronomy og en forfatter på papiret.

Oprindelsen af ​​kulstof, et element, der er afgørende for livet på jorden, i Mælkevejen er galaksen stadig omdiskuteret blandt astrofysikere:nogle går ind for, at stjerner med lav masse, der blæste deres kulstofrige hylstre af stjernevinde, blev hvide dværge, og andre placerer det vigtigste sted for kulstofsyntese i vinden fra massive stjerner, der til sidst eksploderede som supernovaer.

Ved at bruge data fra Keck Observatory nær toppen af ​​Mauna Kea-vulkanen på Hawaii indsamlet mellem august og september 2018, forskerne analyserede hvide dværge tilhørende Mælkevejens åbne stjernehobe. Åbne stjernehobe er grupper på op til et par tusinde stjerner, der holdes sammen af ​​gensidig tyngdekraft.

Ud fra denne analyse, forskerholdet målte de hvide dværges masser, og ved at bruge teorien om stjernernes evolution, også beregnet deres masser ved fødslen.

Forbindelsen mellem fødselsmasserne til de endelige hvide dværgmasser kaldes initial-finale masseforholdet, en grundlæggende diagnostik inden for astrofysik, der indeholder stjerners hele livscyklus. Tidligere forskning har altid fundet et stigende lineært forhold:jo mere massiv stjernen er ved fødslen, jo mere massiv efterlod den hvide dværg ved sin død.

Men da Cummings og hans kolleger beregnede det indledende-endelige masseforhold, de var chokerede over at opdage, at de hvide dværge fra denne gruppe af åbne klynger havde større masser, end astrofysikere tidligere troede. Denne opdagelse, de indså, brød den lineære trend, som andre undersøgelser altid fandt. Med andre ord, stjerner født for omkring 1 milliard år siden i Mælkevejen producerede ikke hvide dværge på omkring 0,60-0,65 solmasser, som man plejede at tro, men de døde og efterlod mere massive rester på omkring 0,7-0,75 solmasser.

Forskerne siger, at dette knæk i tendensen forklarer, hvordan kulstof fra stjerner med lav masse kom ind i Mælkevejen. I de sidste faser af deres liv, stjerner dobbelt så massive som Mælkevejens Sol producerede nye kulstofatomer i deres varme indre, transporterede dem til overfladen og til sidst spredte dem til det omgivende interstellare miljø gennem blide stjernevinde. Forskerholdets stjernemodeller indikerer, at stripningen af ​​den kulstofrige ydre kappe skete langsomt nok til at tillade de centrale kerner af disse stjerner, fremtidens hvide dværge, at vokse betydeligt i masse.

Holdet beregnede, at stjerner skulle være mindst 1,5 solmasser for at sprede sin kulstofrige aske ved døden.

Fundene, ifølge Paola Marigo, en professor i fysik og astronomi ved University of Padova og undersøgelsens første forfatter, hjælper videnskabsmænd med at forstå egenskaberne af galakser i universet. Ved at kombinere teorierne om kosmologi og stjernernes evolution, forskerne forventer, at lyse kulstofrige stjerner tæt på deres død, ligesom stamfædre til de hvide dværge analyseret i denne undersøgelse, bidrager i øjeblikket til lyset, der udsendes af meget fjerne galakser. Dette lys, som bærer signaturen af ​​nyproduceret kulstof, er rutinemæssigt indsamlet af de store teleskoper fra rummet og Jorden for at undersøge udviklingen af ​​kosmiske strukturer. Derfor, denne nye forståelse af, hvordan kulstof syntetiseres i stjerner, betyder også at have en mere pålidelig fortolker af lyset fra det fjerne univers.