Aldring af en flok stjerner i Wild Duck Cluster

Har stjernehobe mange generationer af stjerner eller kun én? Forskere har længe søgt efter et svar, og takket være University of Arizonas MMT-teleskop, fundet en i Vildand-klyngen, hvor stjerner spinder med forskellige hastigheder, forklædning af deres fælles alder.

I et partnerskab mellem UA og Korean Astronomy and Space Science Institute, et hold af koreanske og belgiske astronomer brugte UA-instrumenter til at løse et puslespil om flokke af stjerner, kaldet åbne hobe.

Astronomer har længe troet, at mange åbne hobe består af en enkelt generation af stjerner, fordi når først stjerner er dannet, deres stråling blæser nærliggende materiale væk, der er nødvendigt for at lave nye stjerner. Men i Wild Duck Cluster - kendt af forskere som Messier 11, eller M11 - stjerner med samme lysstyrke vises i forskellige farver, tyder på, at de er i forskellige aldre. Medmindre forskerne havde overset vigtige spor om stjernernes udvikling, der måtte være en anden forklaring på spredningen af ​​farver i denne ophobning på omkring 2, 900 stjerner.

"Astronomer har arbejdet med dette spørgsmål i årtier, " sagde Serena Kim, en associeret astronom ved UA's Steward Observatory. "Opstår klynger i én generation eller flere generationer? Vores undersøgelse besvarede dette spørgsmål for Vildand-klyngen."

Beomdu Lim fra Kyung Hee University ledede et internationalt hold af astronomer, der brugte MMT-teleskopet - i fællesskab drevet af UA og Smithsonian Astrophysical Observatory - til at studere klyngen. Holdet opdagede, at det ikke er stjernernes alder, der får dem til at fremstå i en spredning af farver:det er deres rotation.

Åbne hobe indeholder tusindvis af stjerner, som astronomer antager, er dannet af de samme gigantiske gasskyer. Disse stjerner kommer i alle størrelser, fra kortvarig, kæmpe blå stjerner snesevis af gange mere massiv end vores sol, til langlivede lavmassedværge, der vil brænde i 10 milliarder år eller længere. Lysstyrken og farven på hver stjerne ændrer sig, efterhånden som den bliver ældre, giver videnskabsmænd mulighed for at bestemme dens alder.

"Når en stjerne bliver ældre og ældre, det lysner og bliver rødere, " sagde Lim.

Astronomer plotter unge stjerners lysstyrke og farve i en diagonal linje – fra lyse, blå og massiv i toppen af ​​linjen, ned til at besvime, rød og mindre massiv i bunden - kaldet hovedsekvensen.

Vendepunktet - det punkt, hvor en stjerne ældes og svinger ud af hovedsekvensen - bruges til at bestemme alderen på hobe baseret på den kendte forventede levetid for hver stjerne. Hvis stjernerne forlader hovedsekvensen på samme punkt, som biler på en motorvej, der tager den samme afkørsel, så er klyngens stjerner alle på samme alder.

I vildklyngen, imidlertid, stjernerne svinger væk fra diagonalen på forskellige punkter, som biler, der tager forskellige afkørsler langs en motorvej.

"Dette virker ikke intuitivt, da stjernerne i en åben hob som M11 menes at tilhøre samme generation, " sagde Kim.

Lim og hans team satte sig for at opdage, hvilke stjerneegenskaber der potentielt kunne forklare dette mønster.

De vendte MMT-teleskopet mod hoben for at undersøge stjernernes farvespektrum ved hjælp af en Hectochelle. Instrumentet fungerer som et prisme og spreder stjernelys ind i dets komponenter, som astronomer kalder et spektrum. Spektrene er som stregkoder, med hver linje, der identificerer et andet kemikalie i stjernens makeup.

Hectochelle kan fange detaljerede spektre af mange stjerner på én gang, hvilket gør det til et ideelt instrument til at observere klynger som Vildanden, som består af tusindvis af stjerner.

Når en stjerne roterer, den ene side af den bevæger sig mod Jorden og den anden bevæger sig væk. Den halvdel af stjernen, der roterer mod Jorden, udsender lys med bølgelængder, der ser sammenklemt ud, får lyset til at se mere blåt ud, end det ville være, hvis stjernen ikke bevægede sig. Den halvdel af stjernen, der roterer væk fra Jorden, får bølgelængderne til at se strakte ud, får dets lys til at virke rødere. Denne klemning og strækning får spektrallinjer til at sprede sig over en række bølgelængder, i stedet for kun at spike på én.

Stjernerne i vildklyngen, det viser sig, er spredt ud i farvespektret ikke på grund af forskellige aldre, men på grund af forskellige rotationsperioder.

"Effekterne af rotation på stjernernes evolution blev ofte forsømt i fortiden, " sagde Yaël Nazé, en astronom ved universitetet i Liège i Belgien og medforfatter til papiret.

Spektrene afslørede også, at stjernerne snurrer med forskellige hastigheder. Lim og hans team udførte computersimuleringer for at finde ud af, hvor hurtigt hver stjerne roterer.

"En hurtigt roterende stjerne kan forblive i hovedsekvensfasen længere end en langsomt roterende stjerne, " sagde Lim. "En bred vifte af stjerners hastigheder resulterer i forskelle i levetider blandt stjernerne."

Rotationshastighed er som en ungdomskilde for en stjerne:Jo hurtigere den drejer, jo bedre blander den brint – stjernens brændstof – ind i sin kerne. Jo mere brint kernen modtager, jo længere stjernen lever, får det til at se rødere ud end yngre søskende.

Stjerner i hoben vises i forskellige farver, fordi skyen, de blev født i, satte dem i bevægelse, hvilket ville forlænge levetiden for nogle af dem.

Selvom det ikke er en del af Wild Duck Cluster-undersøgelsen, Kim har tidligere arbejdet med Lim for at studere andre stjernehobe og afdække mysterier om stjernedannelse. Deres samarbejder er en del af et voksende partnerskab mellem UA og Korean Astronomy and Space Science Institute.