Sponseret af Danmarks Frie Forskningsfond

Danmarks Frie Forskningsfond har betalt for produktionen af dette indhold.

Hvad er der inde i en stjerne?
Forskere kan ’se’ ind i vor galakses stjerner ved at analysere lydbølger. Viden om stjerner kan bruges til at finde frem til solsystemer med beboelige planeter

I forbindelser med stjerneskælv kan forskerne observere vibrationer – lydbølger – som kan fortælle hvor stor, hvor tung og hvor gammel, stjernen er. (Foto: Colourbox)

I forbindelser med stjerneskælv kan forskerne observere vibrationer – lydbølger – som kan fortælle hvor stor, hvor tung og hvor gammel, stjernen er. (Foto: Colourbox)

 

En dag fik professor Jørgen Christensen-Dalsgaard fra Aarhus Universitet en henvendelse, der var lidt udover det sædvanlige.

Den var fra NASA. Ved den forestående opsendelse af Kepler-satellitten ville det være oplagt at bruge nogle af de data, som satellitten kunne opsamle, til nærmere at undersøge, hvad en stjerne består af. Kunne Aarhus Universitets asteroseismologiske eksperter være interesserede i at kigge nærmere på dem?

Det kunne de. Jørgen Christensen-Dalsgaard og hans kollega lektor Hans Kjeldsen er blandt de ypperste i verden til at analysere stjerners lydbølger.

Belyser stjernens fødsel og død

Ligesom ved et jordskælv, hvor jorden vibrerer, har stjerner stjerneskælv, og de vibrationer – lydbølger – som kan observeres i den forbindelse, kan fortælle hvor stor, hvor tung og hvor gammel, stjernen er.

»Keplers mission er at finde planeter i den beboelige zone omkring en stjerne. Men udover at finde planeter er de data, Kepler kan opsamle, helt enestående til at studere stjernesvingninger,« fortæller Jørgen Christensen-Dalsgaard.

Fakta

Forskningsprojektet er støttet af Det Frie Forskningsråd.

Det er data, der kan være med til at belyse, hvordan en stjerne fødes, og hvordan den dør.

Lys kan oversættes til lydsignaler

De planeter, der bor ved Mælkevejens stjerner, kan ofte ikke ses – heller ikke i satellitternes teleskoper. Men lyset fra stjernerne afslører dem.

Kepler-satellitten måler lysvariationer fra stjerner og røber dermed eksistensen af planeter omkring den.

»Når en planet passerer hen foran en stjerne, skygger den for lidt af lyset fra stjernen, og det vil sige, at lysstyrken reduceres en lille smule. Det kan Kepler måle, så selvom man ikke kan se selve planeten, kan man se effekten af den,« fortæller Jørgen Christensen-Dalsgaard.

Stjernens lysstyrke vibrerer

De lysvariationer, Kepler-satellitten måler, kan samtidig bruges til at påvise de lydbølger, stjernerne udsender. Hans Kjeldsen forklarer:

Hans Kjeldsen er lektor ved Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet. (Foto: Aarhus Universitet)

»Når en lydbølge løber rundt inde i stjernen, kommer den ud som en bølge på overfladen. Det får lysstyrken af stjernen til at vibrere en lille smule.«

»Når vi så får billeder med lysvariationer fra Kepler, kan vi analysere de frekvenser, som variationerne i lyset viser, og oversætte dem til lydsignaler. Det gør os i stand til at måle stjernernes størrelse, alder og deres kemiske sammensætning.«

 

Store stjerner svinger langsomt

Lydbølgerne giver forskerne en unik information om stjernerne, som ikke før kunne måles med så stor præcision. Den hastighed, lydbølgerne løber med inde i stjernen, fortæller, hvor stor stjernen er.

»Jo hurtigere frekvenser stjernesvingninger har, jo mindre er stjernen. Ligesom en piccolofløjte har en meget højere tone end en fagot, fordi den simpelthen er meget mindre end fagotten. På samme måde hvis man har en meget stor stjerne, svinger den meget langsommere end en lille stjerne,« fortæller Jørgen Christensen-Dalsgaard.

Størrelsen på stjernen betyder også, at man kan regne ud, hvor stor den ellers usynlige planet er. Ved at se på reduktionen af lysstyrken kan man se, hvor stor eller lille en brøkdel af stjernens overflade bliver dækket af planeten, når den passerer.

Fakta

Foreløbige resultater ud fra data fra Kepler - Rotation i røde kæmpestjerner - det har vist sig, at de såkaldte kæmpestjerner har en indre kerne, der roterer 10 gange så hurtigt som overfladen. Dermed opfører de sig helt anderledes end Solen. Læs mere i denne artikel på AU's hjemmeside. - Opdagelsen af en planet, Kepler 22B, i den beboelige zone. Kepler 22B blev officielt annonceret 5. december 2011 og har muligvis gode betingelser for liv pga. sin placering. Læs mere om exoplaneten i artiklen "Jordens tvilling granskes for liv" her på Videnskab.dk.

Men det kan man kun oversætte til planetens størrelse, hvis man ved, hvor stor stjernen er.

 

Stjerneorkester spiller for forskerne

En stjerne udsender ikke kun én svingning. Den kan indeholde mange hundrede forskellige lydbølger. NASA var klar over, at de ville få mange værdifulde målinger med sig i jagten på beboelige planeter, men havde ikke ressourcer til at udvikle et redskab til at behandle de mange data.

Så det blev Jørgen Christensen-Dalsgaards og hans forskerkollegaers opgave, med midler fra Det Frie Forskningsråd, at udvikle et analyseværktøj, der kunne adskille de forskellige vibrationsfrekvenser og fjerne uvedkommende støj – selv fra de meget små signaler, som Kepler satellitten måler.

»I et orkester kan man godt analysere lyden, så frekvenserne fra alle de forskellige instrumenter bliver isoleret. Det er egentlig det samme, vi gør med stjernerne. Vi laver simpelthen en lang liste over de forskellige vibrationsfrekvenser på den pågældende stjerne,« forklarer Hans Kjeldsen.

 

Helium fortæller om stjernens alder

De forskellige lydbølger giver forskellige informationer. Hvis der er mere helium end hydrogen, ændrer lydens hastighed sig. Det kan vi nemt selv høre, når vi indånder helium og får Anders And-stemme.

Jørgen Christensen Dalsgaard er professor ved Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet. (Foto: Aarhus Universitet)

Fordelingen af helium/brint fortæller noget om stjernens alder: jo mere helium, desto ældre er stjernen.

Hvis stjernen roterer indeni, så løber lydbølgerne med stjernen, mens den roterer, og kommer tidligere eller senere frem til stjerneoverfladen, afhængigt af hvilken vej stjernen roterer.

 

Teoretisk atlas over en stjerne

Når temperaturen i stjernen er høj, løber lydbølgerne hurtigere, fordi lydens hastighed er hurtigere i varm gas.

Alle disse forhold gør det kompliceret at analysere stjernen. Derfor bruges computerstyrede stjernemodeller til at regne ud, hvordan de lange lister af forskellige lydbølger skal tydes.

»Vi bygger en modelstjerne med alle mulige egenskaber, som vi kan tænke os er i en stjerne. Og så finder vi ud af, hvordan lydens hastighed ville være inde i sådan en stjerne. Derefter ændrer vi i modellen og beregner et nyt sæt af vibrationsfrekvenser.«

Fakta

Internationalt hold af astronomer Kepler satellitten holder øje med 150.000 stjerner. Selvom den kun rapporterer de mest interessante videre til Aarhus, er der alt for mange data til, at et enkelt center kan nå at analysere dem. Derfor har universitetet etableret Kepler Asteroseismic Science Consortium (KASC), hvor forskere fra hele verden kan deltage i analysen ved hjælp af det analyseværktøj, der er blevet udviklet. Der er i øjeblikket 543 medlemmer, der har bidraget til mange artikler i ansete naturvidenskabelige tidsskrifter som Nature og Science.

»På den måde får vi til sidst et kæmpe teoretisk atlas over alle de vibrationsfrekvenser, forskellige stjerner kan have. Lidt ligesom et DNA-register,” forklarer Hans Kjeldsen.

 

Noget vi ikke har forstået endnu

Når Kepler leverer observationer fra en stjerne, kan forskerne lægge data ind i computermodellen og på den måde finde den stjernemodel, der bedst matcher lige den stjernes vibrationer.

Ved at gøre dette med mange forskellige stjerner kan forskerne se stjerner i forskellige udviklingsstadier og på den måde lære mere om solsystemernes evolution.

»Der kan også ske det interessante, at vi finder ud af, at ikke en eneste model i vores register matcher. Så er forklaringen jo, at der er et eller andet, vi ikke har forstået endnu. Der er noget fysik inde i stjernen, som ikke passer til en eneste af de ting, vi har tænkt os til, og noget skal forbedres i vores teoretiske beskrivelse,« fortæller Hans Kjeldsen.

 

Kepler satellitten fortsætter

Det er besluttet, at Kepler-satellitten skal fortsætte sin færd i verdensrummet i yderligere fire år til 2016. Det glæder man sig over på Aarhus Universitet.

»Der er ting, vi stadig har en dårlig teoretisk forståelse af. Hvordan de forskellige dele af stjernen kan snakke sammen, og hvordan de overfører impulsmomenter fra de centrale dele til de ydre lag.«

»Data fra Kepler begynder at give os informationer nok til at lære mere om det, så det bliver fantastisk spændende at arbejde med,« siger Jørgen Christensen-Dalsgaard.

Midler fra Det Frie Forskningsråd

Det Frie Forskningsråd har gjort det muligt at udvikle de værktøjer, som forskerne bruger til at analysere data fra Kepler. At det er lykkedes betyder, at forskningsgruppen har opbygget en ekspertise, der har fået Danmarks Grundforskningsfond til at oprette Center for Stellar Astrofysik, der blandt andet skal arbejde videre med data fra Kepler.

Det Frie Forskningsråd|Natur og Univers’ (FNU) midler har været baggrund for midler til nyt forskningscenter, der skal udforske beboeligheden på planeter i andre solsystemer.

Samtidig vil man også kunne studere effekter over kortere tidsintervaller. Fordi man kan følge en stjerne gennem få år, kan man også se variationer over kort tid og dermed forudsige, hvad sådan en variation ville have af konsekvenser for beboeligheden over få hundrede år.

Center for Stellar Astrofysik åbnede 1. april 2012.

Hvad er asteroseismologi?

 

Lyd kan bruges til at skabe billeder af, hvad der ikke kan ses. En ultralydsskanning er et eksempel på lydbølger, der sendes ind, og måden, de kastes tilbage på, fortæller noget om materialet, de er stødt på. Informationerne kan omdannes til et billede.

Samme princip bruges til at studere, hvad jordens kerne består af. Ved et jordskælv danner rystelserne inde i jorden lydbølger, som seismologer kan bruge til at studere jordens indre.  Lyden løber hurtigere gennem nogle materialer end andre, og på den måde kan man finde frem til, hvilke jordlag der er forskellige steder på jordkloden.

Ved asteroseismologi kan man ved at observere regelmæssige lysvibrationer fra en stjerne analysere sig frem til lydbølgerne. Ved at observere stjernen gennem mange måneder, kan man få så ufravigelige data, at det er muligt at beregne vigtig viden om stjernens størrelse, alder og andre egenskaber.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om de utrolige billeder af Jupiter her.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med over en halv million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk


Det sker