Dansk teleskop på toppen af Tenerife måler stjernernes sang

Stjernen Beta Aquilae i stjernebilledet Ørnen har en masse på 1,24 gange Solens masse, og den er knap fem milliarder år gammel.

Det ved vi nu, fordi danske forskere har analyseret lyset fra den og målt, hvordan den svinger taktfast med bestemte frekvenser.

Stjerner er ellers notorisk svære at blive kloge på. Hvis vi ser bort fra vores lokale stjerne, Solen, er alle stjerner mange billioner kilometer væk. De kan kun ses som små, lysende prikker på himlen, og det gør dem svære at studere.

Alligevel kan astrofysikerne på Aarhus Universitet fortælle en masse om en stjerne, blot ved at se på, hvordan den skælver, svinger eller vibrerer. Ved at detektere, hvordan stjernens yderste lag pulserer frem og tilbage, kan de finde ud af, hvordan lydbølger udbreder sig inde i stjernen. Denne stjernesang giver et væld af informationer.

»Astero-seismologi er en helt speciel måde at måle på stjernerne. Blot ved at måle stjerners vibrationer kan vi afgøre deres radius, masse og alder meget mere præcist, end det er muligt med andre metoder,« forklarer Mads Fredslund Andersen, der er astrofysiker på Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet.

Han holder styr på de teleskoper og satellitter, universitetet har med at gøre, ikke mindst det danske teleskop, der er opstillet tæt på toppen af vulkanen Teide midt på den kanariske ø Tenerife. Det er et teleskop, de aarhusianske stjerneforskere har haft stor glæde af lige siden 2014.

Teoretiske modeller fintunes med data

Forskerne forsøger at udvikle modeller af stjernerne, så de kan sige en masse om deres egenskaber blot ved at analysere lyset fra dem, fortæller Mads Fredslund Andersen:

»Vores modeller skal kunne forklare hvilken som helst stjerne, vi kigger på. Det skal være sådan, at vi fodrer modellen med vores måledata, og så fortæller den os, hvor gammel stjernen er, hvor stor den er, hvad dens masse er, og hvor langt den er nået i sin udvikling.«

»Hvis vi for eksempel gerne vil finde liv i universet, er det mest oplagt at lede efter exoplaneter, der ligner Jorden og kredser om en stjerne som Solen. Men så skal vi først finde de stjerner, der ligner Solen, med omtrent samme størrelse, masse og alder. Det er også nødvendigt at måle stjernens masse, hvis vi vil bestemme planetens masse. Og det kan vi bruge astero-seismologi til,« fortsætter han.

Teleskopet på Tenerife er blandt andet blevet brugt til at studere stjernen My Herkules (μ Herculis) i flere måneder hvert år lige siden 2014. Ved at kigge på de samme stjerner igen og igen over lang tid, får astronomerne så gode målinger, at de kan forfine deres teoretiske modeller og gøre dem endnu bedre.

Spektrograf røber stjernens svingninger

Det danske teleskop er smukt placeret i en højde af 2.400 meter, tæt på toppen af Tenerifes enorme vulkan. Her er næsten altid tørt og skyfrit, luften er rolig, og lyset fra stjernerne skal ikke igennem så meget atmosfære som nede ved kysten.

Med et hovedspejl, der er en meter i diameter, er teleskopet ikke blandt de største i verden, men dog større end noget teleskop i Danmark. Og vigtigst er, at det er stort nok til at udføre sin opgave: At indfange lyset fra nogle af stjernerne på himlen og analysere det med et instrument kaldet en spektrograf.

Med data fra spektrografen kan forskerne måle, hvordan stjernens overflade skiftevis bevæger sig imod os og væk fra os, i takt med at den pulserer.

Stjernen svinger på omtrent samme måde som en guitarstreng, med en grundtone og en række overtoner. Ved at analysere frekvenserne kan forskerne beregne stjernens størrelse, masse og indre struktur meget præcist. Stjernens sammensætning røber, hvor langt den er kommet i sin udvikling og dermed også, hvor mange år den har på bagen.

Stjerne viser Solens skæbne

Teleskopet på Tenerife er kun ét af flere, der indgår i et netværk kaldet SONG (Stellar Observations Network Group). De bedste målinger af stjernernes svingningerne får man nemlig, hvis man observerer dem uafbrudt uden pauser.

Men eftersom det er umuligt at observere stjernerne om dagen, kræver kontinuerlige observationer, at man enten har et rumteleskop eller råder over et netværk af teleskoper forskellige steder på kloden.

Netværket består af teleskopet på Tenerife, to lidt mindre teleskoper i Australien, et i USA og et i Kina. De to sidstnævnte er ikke rigtig kommet i sving endnu, men forskerne fra Aarhus har brugt teleskoperne på Tenerife og Australien til at måle svingningerne fra stjernen Beta Aquilae.

»Vi har bestemt stjernens masse og alder til en præcision, der overgår alt, der tidligere er publiceret. Massen er bestemt til 1,24 solmasser, og stjernen er 4,77 milliarder år gammel, dog med en usikkerhed på en halv milliard år,« fortæller Mads Fredslund Andersen. En artikel om resultatet er sendt til det videnskabelige tidsskrift Astronomy and Astrophysics.

Beta Aquilae er samme type stjerne som Solen, men den er lidt større, og den er nået længere i sin udvikling. Den er blevet til en såkaldt subkæmpe og dermed kommet i overgangsalderen på vej mod pensionen som rød kæmpe – præcis som det vil ske for Solen om nogle milliarder år.

Ved at studere Beta Aquilae kan forskerne altså få et indblik i Solens skæbne.

Fra de australske teleskoper har forskerne også udsyn til Solsystemets nærmeste nabo, stjernesystemet Alfa Centauri. Og når hele netværket af teleskoper kommer op at køre, vil astrofysikerne høre mange flere stjerner synge.