Astrofysik:Stjerners barndom former stjernernes udvikling

I klassiske modeller af stjernernes udvikling er der indtil videre kun blevet tillagt ringe betydning for stjernernes tidlige udvikling. Thomas Steindl fra Institut for Astro- og Partikelfysik ved Universitetet i Innsbruck viser nu for første gang, at stjernernes biografi faktisk er formet af deres tidlige stadie. Undersøgelsen blev offentliggjort i Nature Communications .

Fra babyer til teenagere er stjerner i deres "unge år" en stor udfordring for videnskaben. Processen med stjernedannelse er særlig kompleks og svær at kortlægge i teoretiske modeller. En af de få måder at lære mere om stjernernes dannelse, struktur eller alder er at observere deres svingninger. "Sammenlignelig med udforskningen af ​​Jordens indre ved hjælp af seismologi kan vi også komme med udsagn om deres indre struktur og dermed også om stjerners alder baseret på deres svingninger," siger Konstanze Zwintz.

Astronomen betragtes som en pioner inden for det unge felt af asteroseismologi og leder forskningsgruppen Stellar Evolution and Asteroseismology ved Institut for Astro- og Partikelfysik ved Universitetet i Innsbruck. Studiet af stjerneoscillationer har udviklet sig markant i de senere år, fordi mulighederne for præcis observation gennem teleskoper i rummet som TESS, Kepler og James Webb er blevet forbedret på mange niveauer. Disse fremskridt kaster nu også nyt lys over årtier gamle teorier om stjernernes evolution.

En ny model til nul time af voksne stjerner

Stjerner kaldes "børn", så længe de endnu ikke brænder brint til helium i deres kerne. På dette stadium er de på pre-hovedsekvensen; efter tænding bliver de voksne og går over i hovedsekvensen.

"Forskning i stjerner har hidtil hovedsageligt fokuseret på voksne stjerner - såsom vores sol," siger Thomas Steindl, medlem af Konstanze Zwintz' forskningsgruppe og hovedforfatter af undersøgelsen. "Selvom det lyder kontraintuitivt ved første øjekast, er der hidtil kun været lidt opmærksomhed på udviklingen af ​​pre-main-sekvensen, fordi fasen er meget turbulent og svær at modellere. Det er kun de seneste års teknologiske fremskridt, der tillader os et tættere på se på stjernernes spæde barndom - og dermed i det øjeblik, hvor stjernen begynder at smelte brint sammen til helium."

I deres nuværende undersøgelse præsenterer de to Innsbruck-forskere nu en model, der kan bruges til realistisk at skildre de tidligste faser af en stjernes liv længe før de bliver voksne. Modellen er baseret på open source-stjerneudviklingsprogrammet MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics). Inspireret af en tale holdt af astronomen Eduard Vorobyov fra universitetet i Wien på et møde i 2019, brugte Thomas Steindl måneder på at forfine metoden til at bruge denne stjerneudviklingskode til at genskabe den kaotiske fase af tidlig stjernedannelse og derefter forudsige deres specifikke svingninger.

"Vores data viser, at stjerner på pre-main-sekvensen tager et meget kaotisk forløb i deres udvikling. På trods af dets kompleksitet kan vi nu bruge det i vores nye teoretiske model." sagde Steindl. Astronomen viser således, at den måde, stjernen er dannet på, har indflydelse på oscillationsadfærden selv efter antændelse af kernefusion på hovedsekvensen:"Småbarnsalderen har indflydelse på stjernens senere pulseringer:Dette lyder meget simpelt, men det var stærkt i tvivl. Den klassiske teori antager, at tiden før tændingen simpelthen er irrelevant. Dette er ikke sandt:Sammenlignet med et musikinstrument fører selv subtile forskelle i sammensætningen til væsentlige ændringer i tonen. Således er vores moderne modeller bedre beskriv oscillationerne i rigtige stjerner."

Konstanze Zwintz says, "I was already convinced about 20 years ago, when I first saw the oscillation of a young star in front of me on the screen, that I would one day be able to prove the significance of early stellar evolution on the 'adult' star. Thanks to the great work of Thomas Steindl, we have now succeeded:Definitely a eureka moment for our research group and another milestone for a better understanding of the growth steps of stars." + Udforsk yderligere

Core overshoot constrained by the absence of a solar convective core and some solar-like stars