Sol-liknande stjärnors sena utveckling
Forskningsprojekt , 2015 – 2018

Stjärnor lever ett mycket aktivt liv på ålderns höst. I sin strävan att upprätthålla jämvikt mellan de två destruktiva, men motverkande, krafterna gravitation och inre tryck måste den förändra sin inre struktur drastiskt då den hitintills dominerande energikällan, vätefusion i den centrala delen, tar slut. En förändring som skall visa sig vara fruktlös då det resterande bränslet är mycket begränsat. Solliknande stjärnor genomgår då en metamorfos från en normal stjärna, via en röd jätte, till en död stjärnrest, en vit dvärg. I dödsögonblicket skapas ett spektakulärt fenomen, en planetarisk nebulosa med fascinerande geometriska mönster i den utkastade materian. Dödskampens utveckling styrs huvudsakligen av en stjärnvind som gör att stjärnan kan förlora stora delar av sin massa och därmed undvika en ännu våldsammare död. Denna utvecklingsfas har utgjort det sista livsstadiet för majoriteten av alla stjärnor som dött i vårt universum. Under dödskampen kastas stora mängder materia ut tills endast en kompakt kärna finns kvar. Dödskampens exakta förlopp är mycket komplicerat, men utvecklingen och slutresultatet bestäms av förlusten av materia. Den sker genom en intensiv stjärnvind där uppemot en tiotusendels solmassa kastas ut per år (motsvarande värde för solvinden är c:a en miljard ggr lägre) med en hastighet av c:a 50000 km/t. Vinden är så tät att mot slutet kan det bli svårt att se den döende stjärnan. För stjärnor med planetsystem kommer även planeternas framtida öde att påverkas av stjärnans utveckling och materieförlust. Den utkastade materian består av gas och mikroskopiska gruskorn. Den förstnämnda har en grundämnessammansättning som skiljer sig från stjärnans ursprungliga, speciellt är den berikad på exvis kol, kväve, och andra tyngre grundämnen. På detta sätt bidrar dessa stjärnor till universums kemiska utveckling genom den kosmiska gascykeln. Gruskornen spelar en viktig astronomisk roll då de underlättar bildandet av nya stjärnor samt kan verka som katalysatorer vid bildandet av komplexa molekyler i den kosmiska gasen. Man förstår mycket lite av vad som driver dessa vindar och av deras beskaffenhet. Projektet syftar till att förbättra denna situation, t.ex. att klargöra vindens egenskaper för stjärnor av olika massa och olika kemiska sammansättning, samt uppskatta dessa stjärnors inverkan på galaxernas kemiska utveckling. Detta gör vi genom att observationellt studera den utkastade materiens egenskaper, samt genom att konstruera numeriska modeller för tolkningen av data. Vi har gjort observationer av radio- och infrarödstrålning och synligt ljus, då observationer i olika våglängdsområden ger komplementerande information. Vi har använt radio interferometrar, d.v.s., flera radioteleskop som är elektroniskt hopkopplade, för att öka detaljskärpan. Vi har också studerat röda jättar i andra galaxer där förutsättningarna för stjärnbildning och stjärnutveckling är annorlunda. Vi har funnit att materieförlust tycks förekomma under större delen av stjärnors sena utveckling, och att dess egenskaper har ett beroende på stjärnans kemiska och dynamiska egenskaper, exvis spelar regelbundenheten och styrkan i deras pulsationer en viktig roll. Detta leder till att det är de, relativt sett, få stjärnor med mycket höga materieförluster som dominerer mängden materia som återges till den kosmiska gasen. Vi har undersökt den utkastade gasens kemiska sammansättning och jämfört med stjärnans atmosfäriska egenskaper, och finner då att våra metoder kan användas på objekt som är omöjliga att studera med normala metoder i det synliga området (p.g.a. att vinden skymmer sikten mot stjärnan). Materieutkastningen kan emellanåt ske genom eruptioner. Då bildas ett tunt gasskal runt stjärnan. Detta ger möjlighet att studera gasfördelningen i mer detalj, och vi har då funnit att gasen tycks slungas ut i form av klumpar med en massa jämförbar med jordens. Det fortsatta studiet går ut på att ytterligare utveckla observationsmetoderna, samt på att konstruera allt mer verklighetstrogna modeller för tolkningen. Speciell tonvikt kommer att läggas på materieförlustens beroende av stjärnans metallhalt, utvecklingen från det röda jättestjärnestadiet fram till en planetarisk nebulosa har bildats, vikten av en binär kompanjon under denna utveckling, samt hur isotopkvoter kan användas för att t.ex. studera våra egen galax Vintergatans stjärnbildningshistoria. Forskningen bedrivs i nära samarbete med ett antal internationella grupper.

Deltagare

Hans Olofsson (kontakt)

Professor vid Chalmers, Rymd-, geo- och miljövetenskap, Astronomi och plasmafysik

Finansiering

Vetenskapsrådet (VR)

Finansierar Chalmers deltagande under 2015–2018

Relaterade styrkeområden och infrastruktur

Grundläggande vetenskaper

Fundament

Mer information

Senast uppdaterat

2017-12-15