Stellar models given a reprimand

An international team of researchers can now demonstrate that the computer models used until now to explain the life cycle of stars are unlikely to be correct. The key to this discovery is the substance sodium, which can be used to reveal the life story of a star.

2013.05.30 | Rasmus Rørbæk Christensen

NGC 6752 is the name of the globular cluster observed by the international team of researchers. It is found in the constellation Pavo (The Peacock) and is one of the brightest of its kind in the night sky. Globular clusters are one of the places where the oldest stars are found, and they are also interesting for scientists because they can contain several generations of stars. (Photo: ESA/HUBBLE, NASA)

For many years, we thought we had a good understanding of the life cycle of stars – one of the phenomena of the universe. Detailed computer models could predict how smaller stars with a mass like our Sun would end their days in a stage called an asymptotic giant star. In this final period, the star expands enormously and blows off a large part of its outer layers of gas near the end of its life. This material forms the next generation of stars.

Read more (in Danish only) below. For contact details in English, go to the bottom of the page.

Da Universet blev skabt, bestod det næsten udelukkende af brint og helium. Alle andre grundstoffer er efterfølgende blevet skabt via kernereaktioner i stjernernes indre, og spredt i ud rummet i slutfaserne af deres liv, hvorefter det kan indgå i den næste stjernegeneration.

De mere poetisk anlagte kunne måske finde på at sige, at astrofysikerne nu har sat spørgsmålstegn ved, hvordan ’livets salt’ udbredes i Universet. For nye resultater piller ved, om vi så vitterlig har forstået den proces, der leder en stjerne hen til fasen med udvidelse og udledning. Resultaterne er netop blevet offentliggjort i Nature.

Se det ske

For én ting er teoretiske modeller – noget andet er at observere det. En international forskergruppe har brugt Europæiske Syd Observatoriums ’Very Large Telescope’ til at undersøge natriumindholdet i nogle af Mælkevejens ældste stjerne. De har fundet, at stjernerne ikke opfører sig helt, som vi troede de gjorde.

”Vores opdagelse har gjort os forvirrede på et højere plan, kan man sige. Tanken om at stjerner af Solens størrelse ikke endte deres livscyklus som en gigant, var grænsende til skør for stjernemodellører; alle stjerner skulle gennemgå den såkaldte AGB-fase, hvor de til sidst udsender store mængder materiale. Det har vores studie nu vist, ikke er hele forklaringen,” forklarer astrofysiker Frank Grundahl fra Stellar Astrophysics Centre på Aarhus Universitet, der har været en del af gruppen.

Gamle stjerner – Ny viden

Kuglehobe består af mange og meget gamle stjerner. Det er i disse, at vi finder de ældste stjerner, som videnskaben er i stand til at aldersbestemme. De er så gamle, at man regner med, at de første er blevet født på omtrent samme tid, hvor Mælkevejen blev skabt. Hobene er derfor interessante, da astrofysikere kan studere, hvordan stjerner udvikler sig og påvirker hinanden.

”De stjerner, vi har set på, er i den gigantiske kuglehob NGC 6752. Denne enorme sfære af oldgamle stjerner rummer flere generationer af stjerner, og har, stik i mod forventningerne, nu vist, at størstedelen af de observerede stjerner ikke når hen til AGB-fasen i deres cyklus. Det mest overraskende ved dette studie er, at vi har observeret, at op mod 70% af de stjerner, der burde være i AGB-fasen ikke var der – og aldrig ville komme det,” siger Frank Grundahl.

’Salt-diæt’ giver stor finale

Holdet har opdaget, at indholdet af natrium er en stærk indikator for, hvordan stjernerne kommer til at ende deres dage. Opdagelsen gør op med modellerne for, hvordan stjerner gennemgår generationsskift, fordi det nu viser sig, at det er den ældste generation af stjerner med lavt natriumindhold, der ’opnår’ at blive kæmpestjerner i AGB-fasen, mens den yngre generation har et højere natriumindhold og ikke pumper sig op til slut.

”Natrium finder man i ganske almindeligt bordsalt her på Jorden – derfor kan man med et glimt i øjet sige, at for at blive til kæmpestjerner i alderdommen må stjernerne ikke have for meget 'salt' i kroppen. Der er flere grunde til, at det er interessant ny viden: Dels da der vil være 70% færre af de meget klare AGB-stjerner i en kuglehob, end vi havde regnet med – og dels, at det giver os en sikker observationel verifikation af, at vores computermodeller for slutstadierne af en stjernes liv ikke er korrekte,” konkluderer Frank Grundahl.

Forskergruppen forventer, at man kan gøre lignende fund i andre kuglehobe, og man er nu i færd med at planlægge nye observationer.

Read the scientific article Sodium content as a predictor of the advanced evolution of globular cluster stars on the Nature website.

For more information, please contact

Associate Professor Frank Grundahl
Stellar Astrophysics Centre
Department of Physics and Astronomy
Aarhus University
+45 2131 4367
fgj@phys.au.dk

Science and Technology, Public / media