Stjerneskælv røber kæmpestjerners magnetiske indre
Ved at kigge på stjerneskælv har astrofysikerne udforsket stjernernes indre. De har fundet ud af, at mange røde kæmpestjerner gemmer på et kraftigt magnetfelt, og det kan fortælle en masse om stjerners fødsel, liv og død.

En stjernes magnetiske indre kan ændre den måde, bølger forplanter sig gennem den. (Illustration: R. A. García, K. Augustson, J. Fuller, G. Pérez/AIA/SDO)

En stjernes magnetiske indre kan ændre den måde, bølger forplanter sig gennem den. (Illustration: R. A. García, K. Augustson, J. Fuller, G. Pérez/AIA/SDO)

Stjerner kan mere end bare at skinne. De kan også skælve, så forskellige former for svingninger sættes i gang på kryds og tværs igennem dem.

Ved hjælp af NASAs rumteleskop Kepler er det muligt at måle disse svingninger, og så kan astrofysikerne finde ud af, hvad der sker inde i stjernerne.

Nu har et hold forskere brugt metoden, som kaldes asteroseismologi, til at analysere 3.600 røde kæmpestjerner, og de konkluderer, at en del af dem har stærke magnetfelter i deres indre. Det fremgår af en videnskabelig artikel i tidsskriftet Nature.

Danskere med på holdet

Blandt artiklens forfattere er danske Dennis Stello, der er lektor på University of Sydney i Australien, og Victor Silva Aguirre, der er adjunkt ved Stellar Astrophysics Centre, der hører under Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet.

»Vi mener, vi har fundet en metode til at måle det magnetfelt, der kan gemme sig i en stjerners indre. Vi kan jo kun se stjernens overflade, så det er ikke nemt, men ved at nærstudere variationer i deres lysstyrke kan vi modellere magnetfelterne,« fortæller Victor Silva Aguirre og fortsætter:

»Vi måler stærke bølger, der starter i de ydre lag og rejser helt ind til stjernens kerne. Bølgerne kastes tilbage til overfladen, når de rammer kernen, men det sker ikke altid. Vi mener, ud fra teoretiske modeller, at den manglende tilbagekastning af disse bølger i nogle af stjernerne må skyldes stærke magnetfelter i stjernernes kerner.«

Solen bliver en rød kæmpe

Bølgernes vej gennem stjernen kan følges ved at nærstudere lyset fra den. Teknikken kaldes asteroseismologi, måling af stjerneskælv. (Illustration: NASA)

En stjerne fødes, når en stor sky af støv og gas kollapser under sin egen tyngdekraft. Astrofysikerne regner med, at der i samme ombæring dannes et magnetfelt. Vi ved da også, at vores lokale stjerne, Solen, har et varierende magnetfelt, hvor de magnetiske poler bytter plads hvert 11. år. Men vi ved ikke ret meget om, hvordan det ser ud for andre stjerner.

Her kan det nye resultat måske hjælpe, for det ser ud til, at mindst halvdelen af de røde kæmpestjerner, der vejer mellem 1,6 og 2 gange så meget som Solen, gemmer på kraftige magnetfelter i deres indre.

Disse røde kæmpestjerner har forbrugt brinten i deres inderste, og så er kerneprocesserne fortsat i en skal uden om kernen, hvorved stjernen vokser voldsomt og bliver mere rødlig. Solen bliver også til en rød kæmpe, når den er ved at brænde ud.

Men mindre stjerner som Solen bevarer tilsyneladende ikke et stærkt magnetfelt i kernen, når de udvikler sig til røde kæmpestjerner, sandsynligvis fordi det ikke var der fra begyndelsen.

Magnetfeltet fanges

Astrofysikerne kan godt forklare, hvorfor de røde kæmper, der engang var på størrelse med Solen, ikke har et stærkt magnetfelt i kernen. De regner med, at magnetfelterne i de røde kæmper stammer fra, dengang stjernerne var yngre og endnu ikke var blevet kæmpestjerner. På det tidspunkt kunne der kun opstå magnetfelter i kernen, hvis den var varm nok, forklarer Victor Silva Aguirre:

»En stjerne som Solen er ikke varm nok til, at kernen 'koger', det vi kalder konvektion, så der er ikke den store bevægelse derinde. Tungere stjerner har en varmere kerne, hvor der er konvektion, og materiale bliver flyttet op og ned, og så dannes der magnetfelter.«

Forskerne kunne se forskel på, hvordan en særlig type bølger kaldet l1 (de røde toppe) forplanter sig i stjernerne. De nederste grafer viser stjerner, hvor l1-bølgerne undertrykkes af et stærkt magnetfelt i kernen. (Graf: Stello et al./Nature)

»Når der kun er helium tilbage i kernen, fordi al brinten er brændt af, stopper bevægelserne, og magnetfeltet er fanget.«

Et skridt på vejen

Men det forklarer ikke, hvorfor det så ikke er alle de tungere røde kæmper, der har et kraftigt, indre magnetfelt. To stjerner, der ligner hinanden til forveksling, kan åbenbart være forskellige indeni.

»Enten har de simpelthen ikke haft magnetfeltet fra starten, eller også har de ikke haft den mekanisme, der har holdt på magnetfeltet,« siger Victor Silva Aguirre.

Der er stadig rigeligt at finde ud af om stjerners udvikling, og dette er kun et lille skridt i den retning, slutter han af med at sige:

»Vi vil jo gerne forstå stjernernes magnetfelter, og i dag ved vi ikke rigtig, hvor stærke de er, eller hvordan de er blevet dannet. Men nu har vi en idé om magnetfeltet i tusindvis af stjerner. Vi ved en smule mere om den magnetiske dynamo, så vi kan forbedre vores modeller for stjernerne, inklusive for Solen.«

Nye modeller for Solen

Her kan Jacob Trier Frederiksen, der er lektor ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, også se nogle perspektiver. Han arbejder blandt andet med at udvikle modeller for Solens magnetiske aktivitet og de solstorme, den aktivitet skaber, og han synes, resultaterne er interessante:

En stjerne som Solen bliver til en rød kæmpestjerne uden et stærkt, indre magnetfeltet, sandsynligvis fordi det ikke har været der fra begyndelsen. Større stjerner bliver til større røde kæmper, der ofte har et kraftigt indre magnetfelt. (Illustration: University of Sydney)

»Forskerne bag artiklen i Nature giver nogle vigtige ledetråde, som peger i retninger, som alle kan have betydning for flere områder inden for stjerneforskning, også i forhold til Solen.«

»Resultaterne kan måske hjælpe til at præcisere grænseværdier for, hvor stærke magnetfelter, der kan være i Solens indre. Det kan igen kobles til den ydre magnetiske aktivitet, og det kan være interessant i forhold til Solens magnetiske cyklus og aktivitetsniveauet for solstorme. Måske kan vi nu udvikle nye modeller og måske endda blive bedre til at forudsige den magnetiske cyklus.«

Stjerners fødsels og død

Også modellerne for dannelsen af stjerner som Solen kan blive bedre, hvis man kender til det indre magnetfelt. En stjerne dannes, når en sky af gas og støv kollapser, og størrelsen af magnetfeltet i denne tidlige fase kan have betydning for stjernens dannelse.

Det nye forskningsresultat kan også få betydning for vores forståelse af supernovaer. De tungeste røde kæmpestjerner, hvoraf flere end tidligere antaget tilsyneladende har et stærkt magnetfelt i kernen, ender med at eksplodere som supernovaer, og magnetfeltet kan påvirke symmetrien i eksplosionen, fortæller Jacob Trier Frederiksen:

»Det er interessant, at de stærke magnetfelter ifølge artiklen observeres i de mere massive stjerner. Når de massive stjerner kollapser i supernovaeksplosioner, kan et stærkt magnetfelt bryde det sfæriske kollaps. Så bliver eksplosionen asymmetrisk, og det er faktisk præcis, hvad man har observeret ved flere tilfælde.«

Læs også: Radioaktiv stråling røber asymmetrisk supernovaeksplosion

Nu gælder det om at få flere data for mange flere stjerner, så der er fast arbejde i lang tid til de forskere, der måler stjerners skælven.

Videnskab.dk Podcast

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

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny 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.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs mere om Hubbles utrolige billeder her.