Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Varme stjerner med ukendt fortid giver løfter om ny forståelse også af Solen

Professor Jørgen Christensen-Dalsgaard er medforfatter på artikel om B-subdværge i Nature Astronomy Letters 30. september 2019

30.09.2019 | Ole J. Knudsen

blåhvid B-stjerne. Kilde: ESO

blåhvid B-stjerne. Kilde: ESO

En gang om meget længe, når Solen har opbrugt brinten i sin kerne, svulmer den op og bliver til en rød kæmpestjerne. Det er den kun en tid, og den fase af Solens liv og af alle andre stjerners, som er op til dobbelt så tunge som Solen, ender med et brag inde i kernen - et "Helium core flash". Det har teoretiske astrofysikere forudsagt i de sidste 50 år, men endnu er det ikke lykkedes at observere det.

En ny artikel i Nature Astronomy Letters fra 30. september 2019 giver os dog håb om, at det snart kan ske.

Titlen på artiklen i Nature Astronomy Letters er "Asteroseismic signatures of the helium core flash". I artiklen, som har bidrag fra astronomer i Argentina, USA og Danmark, og hvor professor Jørgen Christensen-Dalsgaard fra Stellar Astrophysics Centre på Aarhus Universitet er medforfatter, fortæller forskerne, at de nøje har gennemregnet teorierne, og kan se, at i tilsvarende kompakte stjerner, der har mistet de ydre lag, vil det indre helium-flash kunne give små variationer  i stjernens lysstyrke; blot få tusindedele af dens størrelsesklasse. Men det er nok til at NASAs satellit TESS kan observere det, hvis det sker for en forholdsvis klar stjerne.

Et helium flash vil forårsage en række bølger, som bevæger sig ud igennem stjernen. I forvejen syder og bobler det ydre af de sollignende stjerner, og det får dem til at svinge som klokker, der bliver anslået med en knebel. Det har astronomerne observeret i mange år; for Solen som svage periodiske svingninger i dens lysstyrke, og i et årti for andre typer af stjerner. Disciplinen kaldes helioseismologi, eller asteroseismologi, når det ikke lige drejer sig om Solen. Observationerne fortæller om processerne i stjernernes indre på samme måde, som vi lærer om Jordens indre ved at studere jordskælvsbølgernes udbredelse - seismologi.

Solens skæbne (om cirka 5 milliarder år!) vil være et ressourceproblem. Efterhånden som kerneprocesserne i Solens kerne ved fusion omdanner brint til helium bliver der for lidt brint her til at opretholde den energiproduktion, som vi i øjeblikket nyder godt af. For at holde gang i processen, mens mængden af brint mindskes, må Solen hæve sin temperatur, og denne febertilstand ses udefra som en voldsom opsvulmen (deraf "kæmpestjerne") og en mindsket overfladetemperatur - Solen bliver rød. På et tidspunkt er temperaturen omkring kernen høj nok til, at en ny proces kan gå i gang, hvor det er helium, som fusionerer til tungere grundstoffer, for eksempel kulstof og ilt. Overgangen sker pludseligt, og ligesom ved jordskælv ved en første meget kraftig energiudladning, efterfulgt af en række svagere, som bliver ved i de næste 2 millioner år - en kort tid i en stjernes liv.

De svingninger, som sættes i gang vil have perioder fra en times tid og op til et halvt døgns tid, men det vil ikke kunne observeres selv med de superfølsomme satellitteleskoper, som blandt andet bruges og planlægges af astronomerne på Aarhus Universitet. Svingningerne vil dø ud på vej ud igennem det meget tykke lag af kogende brint, som omgiver normale røde kæmpestjerner, så de blot bliver til støj i målingerne af aktiviteten på stjernens overflade.

B subdværg i snit. Under en tynd skal af brint er stjernens meget varme kerne blotlagt. Når heliumfusionen er i gang, omdannes He til C og O inderst i kernen. Illustration: WikiPedia.

Det helt nye i artiklen er, at forskerne har regnet på en meget speciel, og endnu ikke helt forstået type stjerner med typebetegnelsen sub-dwarf B. Det er 'forhenværende' røde kæmpestjerner, som af årsager, som vi endnu ikke kan forklare, har mistet det allermeste af det ydre brintlag. Det gør, at vi kan se lige ind til sub-dwarf B-stjernernes meget varme kerne. En almindelig rød kæmpestjerne har en overfladetemperatur på omkring 3000 grader, men disse her 'strippede' stjerner er fra 20000 til 40000 grader på overfladen - ikke røde, men skærende blåhvide at se til. Det tilbageværende tynde brintlag yderst omkring stjernens heliumkerne er ikke tykt nok til at dæmpe svingningerne fra de gentagne helium core flashes, og derfor forventer astronomerne, at vi endelig kan få syn for sagn på et område, som teoretisk ser meget lovende ud.

- og måske er disse helium core flashes allerede blevet observeret. Flere af de stjerner, som er observeret med satellitteleskoperne CoRoT og Kepler har nogle uforklarede svingninger, som meget ligner dem, som man forventer forårsages af en række helium core flashes. En af de bedste kandidater for en fremtidig nærmere undersøgelse er stjernen Feige 46, som ifølge observationsprogrammet for TESS bliver observeret en gang sidst i februar 2020. Jørgen Christensen-Dalsgaard og kollegerne på Aarhus Universitet og samarbejdspartnere over det meste af Verden venter spændt på at lære nyt, også om vores egen Sol og dens fremtidige udvikling.

Originalartiklen fra Nature Astronomy Letters kan findes her.

Institut for Fysik og Astronomi, Offentligheden / Pressen, Medarbejdere, Studerende