Solen kaster lys over pulserende stjerner
Stjerner, der pulserer ved skiftevis at puste sig op og trække sig sammen igen, har været noget af et mysterium for astronomerne. Nu viser det sig, at man kan bruge Solen til at forstå dem.

Der findes mange pulserende stjerner, som man hidtil har vidst meget lidt om, fordi man ikke kunne tolke stjernernes lys. Nu viser det sig, at de pulserende stjerner på nogle punkter udtrykker sig på samme måde som Solen, hvis lys man har godt styr på. (Foto: NASA)

Der findes mange pulserende stjerner, som man hidtil har vidst meget lidt om, fordi man ikke kunne tolke stjernernes lys. Nu viser det sig, at de pulserende stjerner på nogle punkter udtrykker sig på samme måde som Solen, hvis lys man har godt styr på. (Foto: NASA)

De findes i hobetal i universet, men opfører sig alligevel dybt mærkeligt.

Stjerner med masser på mellem 1,5 og 2 gange Solens masse er meget udbredte i verdensrummet, og fortjener derfor at blive undersøgt til bunds, men faktum er, at man endnu ved meget lidt om, hvad der foregår i deres indre. Det eneste, man hidtil har vidst om disse såkaldte Delta Scuti Stjerner er, at de alle udsender et mystisk pulserende lys, der adskiller sig markant fra det, vi kender fra vores egen sol.

Kortlægningen af disse stjerner ligger forskerne så meget på sinde, at et utal af forskergrupper i årevis har forsøgt at få et indblik i stjernerne ved at granske det pulserende lys.

Det ene gigantiske projekt er blevet skudt i gang efter det andet i forsøget på at bruge det pulserende lys til at udkrænge stjernernes inderste sjæl, men ak. Delta Scuti-stjernernes lys blev ved med at være sort snak.

I ren frustration har mange forskere valgt helt at droppe stjernerne som studieobjekter og i stedet koncentrere deres kræfter om at granske stjerner med omtrent samme masse som Solen, der i det mindste udtrykker sig på en måde, der er til at forstå.

En kæmpe løftestang i udforskningen af stjerner

Men netop som man skulle tro, at Delta Scuti-stjernerne var lagt på is, kommer det store gennembrud, som alle gik og ventede på: En international forskergruppe, der bl.a. favner astrofysikere fra Aarhus Universitet, har fundet ud af, at Solen og Delta Scuti-stjerner faktisk ikke udtrykker sig så forskelligt. Solens vendinger går igen i Delta Scuti-stjernerne og giver nu for første gang nogensinde indblik i disse stjerners opbygning.

Det nye studie afslører, at en del af pulserne i Delta Scuti-stjernernes lys er skabt af konvektion i stjernernes indre. Hidtil troede man, at der ikke foregik konvektion i disse stjerner, men det viser sig altså nu at være tilfældet. Konvektionszonen er dog formentlig noget mindre, end den er i Moder Sol. (Illustration: Victoria Antoci).

Gennembruddet er i sandhed stort – så stort, at det nu er blevet publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature.

»Det helt store ved det her er, at det er første gang, vi ser en forbindelse mellem stjerner, der ligner Solen, og stjerner, der er fundamentalt forskellige fra Solen. Sammenfaldet mellem lysets pulser i Solen og Delta Scuti-stjernerne er blandt astronomer en sensationel opdagelse, fordi det giver håb om, at man kan bruge de velkendte svingninger fra Solen til at forstå Delta Scuti stjernerne med,« siger astrofysiker Anders Thygesen fra Institut på Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet, der er medlem af forskergruppen bag studiet.

Stjernerne snakker om sig selv

Det lys, en stjerne udsender fra sit indre, pulserer ikke. Pulserne opstår først i takt med, at lyset møver sig igennem stjernen på sin vej ud til overfladen, hvor pulserne formes af stjernens forskellige indre lag. Når man betragter det pulserende lys fra stor afstand, kan man opfatte det som en masse ord, der strømmer ud af stjernens mund, og som tilsammen danner meningsfulde sætninger.

Lytter man til den lange ordstrøm får man altså et indblik i den lysende klodes egen indre opbygning, hvis man altså vel at mærke kender stjernens sprog.

Hidtil har Delta Scuti-stjernernes sprog været det rene volapyk for astronomerne. Forskerne har simpelthen manglet en ordbog, der fortæller, hvad svingningerne betyder og har derfor været handlingslammede i deres studier af Delta Scuti stjerner. Stjernernes lys er nemlig det eneste værktøj, man har til at analysere stjernerne med, og så længe man ikke kan oversætte det til noget meningsfuldt, står man magtesløs.

Mange ord går igen

Men nu er astronomerne altså kommet stort skridt videre, fordi det viser sig, at Delta Scuti stjernerne rent faktisk har nogle af de samme svingninger som Solen, hvis betydning man kender. De sollignende pulser, som man netop har opdaget i Delta Scuti-stjernerne, er et vidnesbyrd om, at Solen og Delta Scuti-stjernerne har mere til fælles, end man lige regnede med.

Fritstående citat:
”Vores håb er, at vi i Delta Scuti-stjernerne kan kortlægge nogle ukendte fysiske mekanismer, som man ikke kan undersøge i laboratoriet og heller ikke kan se i Solen. Det er i høj grad det, der gør disse stjerner så spændende

Hans Kjeldsen.

Man har længe vidst, at svingningerne på Solen opstår som en følge af ’konvektion’, hvor glohede lommer af gas stiger fra stjernens center og op til overfladen, køler af og synker ned igen. Hver strømning slår på stjernen som en klokke, så stjernen kortvarigt vibrerer. Disse vibrationer har astronomer gransket til hudløshed i Solen, og de ved præcis, hvad det er for forhold, der skaber disse svingninger i det indre af en stjerne. Nu, hvor de kan genkende de samme mønstre i Delta Scuti-stjernernes lys, kan de for første gang danne sig et indtryk af, hvordan stjernens indre lag ser ud, og hvordan de bevæger sig i forhold til hinanden – altså kort sagt, hvordan stjernen er opbygget og fungerer.

Teori for Kappa-mekanisme kan være forkert

Men de sollignende svingninger kan bruges til mere end det. Nu, hvor man kan genkende nogle af ordene i stjernernes lange sætninger, ved man også præcist hvilke ord, man ikke kender. Forskerne ved nu nøjagtigt, hvilke signaler der er karakteristiske for Delta Scuti-stjerner, og som de mangler at forstå.

En af de processer, man gerne vil vide mere om, er den såkaldte Kappa-mekanisme, som man har klare indikationer på, frembringer en del af Delta Scuti-stjernernes pulserende lys.

Disse svigninger opstår, fordi nogle af stjernens lag er meget tætte og opsuger al den energi, der strømmer ud af stjernernes indre. Når den ophobede energimængde bliver for stor, udvider stjernelaget sig markant, så energien har plads til at slippe ud, hvorefter stjernelaget klapper sammen igen, som en mislykket kage. Den proces sker igen og igen og er selvkørende, og det giver nogle karakteristiske pulser i stjernens lys.

Den gængse teori har hidtil været, at Delta Scuti-stjernerne alene pulserer på grund af Kappa-mekanismen, men det ved man så nu ikke er tilfældet, i og med at man også har identificeret, at nogle af svingningerne kommer fra konvektion. (Se boks).

Men selv når man ser bort fra konvektionen og kigger på de resterende svingninger, så ser de ikke ud, som de burde, hvis der er hold i teorien.

»Der er altså ting i Delta Scuti-stjerner, som vi ikke forstår, og som vi ikke kan forklare med de eksisterende teorier for stjernedannelse. Nu, hvor vi kan oversætte en del af lyset, har vi fået en viden om stjernen, som vi kan bruge til at fortolke den dunkle del af signalet med. Det kan bringe os på sporet af ny banebrydende fysik, hvilket kan være med til at bringe interessen for denne type stjerner tilbage,« slutter lektor Hans Kjeldsen fra Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet.

Mange slags pulserende stjerner

Astronomerne har længe haft godt styr på, hvordan stjerner som Solen opfører sig, men de har større ambitioner end det.

Sollignende stjerner udgør nemlig kun en lille bitte brøkdel af alle de stjerner, der findes, og hvis de skal gøre sig forhåbninger om nogensinde at få styr på, hvordan forskellige typer stjerner opstår, lyser og lever, må de se længere ud i verdensrummet end deres egen næsetip.

De må kigge nærmere på større og tungere stjerner, og den næste vægtklasse, der melder sig i rækken, er de famøse Delta Scuti stjerner, som dette studie fokuserer på.

Den viden, som forskerne opnår, vil i det hele taget gøre forskerne klogere på pulserende stjerner, for de pulserer alle grundlæggende af de samme årsager.

De stjerner, som studiet kan give forskerne mere viden om, er:

Delta Cepheider, som er meget lysstærke kæmpestjerner. Periodelængden, som er meget konstant, er mellem 1 og 50 dage. Der er en meget vigtig sammenhæng mellem deres sande lysstyrke og perioden, hvorfor en bestemmelse af perioden, som er let at måle, giver den sande lysstyrke; en sammenligning med stjernens tilsyneladende lysstyrke kan derfor give afstanden. Et typisk eksempel er stjernen Delta Cephi.

Lang-periodiske Variable er røde kæmpestjerner med perioder mellem 75 dage og mere end to år. Perioden for disse stjerner er ikke helt konstant, men kan variere med et par dage. Et typisk eksempel er Mira i Hvalfisken.

Halv-regelmæssige Variable er røde kæmpestjerner, hvor perioden er højst uregelmæssig. Et typisk eksempel er Ras Aalgethi i stjernebilledet Herkules.

Irregulære Variable er kæmpestjerner, hvor der ingen regelmæssighed er overhovedet. Et typisk eksempel er Betelgeuse i Orion.

RR-Lyræ -stjerner har perioder under en dag: Lysstyrken vokser hurtigt og falder langsomt. Et typisk eksempel er RR-Lyræ, som er en stjerne, det kræver kikkert at se.

RV-Tauri -stjerner er kæmpestjerner med flere perioder, som er blandet sammen.

Beta Canis Majoris-stjerner er meget lysstærke stjerner; lysstyrken varierer kun lidt og perioden er tydeligst i stjernens spektrallinier. Et typisk eksempel er stjernen Murzam i Store Hund.

Dværg Cephider ligner RR-Lyræ-stjerner, men har kortere perioder og mindre lysvariationer. Et typisk eksempel er CY- Aquarii, hvor variationen, med kikkert, kan erkendes på kun 10 minutter.

 

To mekanismer i spil

Hidtil har man haft den simple forestilling, at der ligger to forskellige mekanismer bag Solen og Delta Scuti- stjernernes pulserende lys. Man antog, at Solens vibrationer alene blev skabt af konvektion, mens Delta Scuti stjernernes vibrationer udelukkende skyldtes ’Kappa-mekanismen’.

1. Konvektion: Glohede lommer af gas strømmer fra de inderste dele af en stjerne og op gennem de yderste lag til overfladen, hvor de køler af og synker ned til bunden igen. Hver lomme banker til stjernen på samme måde, som en hammer slår på en klokke, hvilket får stjernens overflade til at blævre op og ned. Betragter man stjernen på afstand, ser det ud, som om stjernens lys vibrerer.

2. Kappa-mekanismen: Uhyre tætte gaslag i stjernens indre opsuger varme fra stjernens indre og holder den indenbords, og det får gassens temperatur til at stige. Når temperaturen når 7.000 grader Celcius, er gassen så varm, at dens atomer ikke længere kan holde på sine elektroner. De myldrer ud mellem de ioniserede atomer, hvilket får hele stjernelaget til at puste sig op. Det gaslag, der før var meget tæt, bliver nu så diffust, at den indespærrede energi kan slippe ud, hvilket afkøler stjernelaget. Når temperaturen ryger under 7000 grader, binder elektronerne og ionerne sig til hinanden igen, hvorefter stjernelaget klapper sammen, og herefter starter hele processen forfra. Set fra lang afstand kan man derfor se stjernen udsende lys i store energirige pulser. Det kan sammenlignes med en gejser, der med bestemte mellemrum udspyr store mængder ophobet vand, når trykket i undergrunden bliver for stort.

Det nye studie viser, at der findes Delta Scuti-stjerner, hvori begge mekanismer optræder samtidigt. Det giver en enestående mulighed for forskerne til at kortlægge i hvert fald noget af Delta Scuti- stjernernes indre. Når nogle af brikkerne i det samlede billede først er faldet på plads, er forskerne bedre klædt på til at fortolke de andre pulser i stjernens lys, hvis ophav man endnu ikke kender.

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Videnskab.dk Podcast

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


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og her kan du læse mere om billedet herunder, der viser tegn på en planets fødsel. Det gule knæk i midten menes at være stedet, hvor planeten er under dannelse.