Stjernen SMSS J200322.54-114203.3 er en primitiv stjerne i utkanten av Melkeveien. Den ble dannet for rundt 13 milliarder år siden, altså ikke så veldig lenge etter big bang.

Stjernen inneholder mer av grunnstoffer som sink, uran, europium og kanskje gull, enn andre stjerner på samme alder.

For å lage de tunge grunnstoffene har det trolig vært voldsomme krefter involvert. Det er kjent at slike tunge grunnstoffer kan lages når to superkompakte rester av døde stjerner sirkler rundt hverandre og kolliderer.

• Les også: Nøytronstjerner kan spy ut gull, jod og halve det periodiske systemet

Men forskere bak en ny studie i tidsskriftet Nature mener det er usannsynlig at den merkelige stjernens materiale stammer fra slike stjernerester, som kalles nøytronstjerner, så tidlig i universets historie.

De tror at stoffene heller ble laget i en enkelt kjempeeksplosjon i en såkalt magnetorotational hypernova.

Dette passer bedre med observasjonene, mener de. Hvis det stemmer, er dette en ny forklaring på hvordan tunge grunnstoffer ble laget tidlig etter big bang.

Stoffet mellom stjernene har blitt rikere

– Hovedspørsmålet til vår forskning er hvordan de tyngste grunnstoffene ble produsert i det tidlige universet, sier David Yong til Gizmodo. Han er astronom ved Australian National University og en av forskerne bak den nye studien

Etter big bang ble det nesten bare dannet hydrogen og helium. Resten av de mange grunnstoffene, som for eksempel jorda består av, må ha blitt laget på andre måter. De er laget av stjerner som brenner, dør og krasjer sammen.

Stjernen i den nye studien ser ut til å være veldig gammel.

Den har et nivå av jern som er 3000 ganger lavere enn i solen. Dette er et tegn på at den er gammel.

Gjennom universets historie har stjerner blitt tent og de har dødd. I prosessen har de beriket det interstellare medium, stoffet som finnes fritt i universet, med tyngre grunnstoffer.

Det betyr at stjerner som ble dannet nylig, har høyere nivå av forskjellige grunnstoffer enn de gamle stjernene. For det var stort sett bare hydrogen og helium å ta av i begynnelsen.

Selv om SMSS J200322.54-114203.3 er gammel, har den høyere nivå enn ventet av noen tyngre grunnstoffer.

Det må bety at det skjedde noe veldig tidlig som beriket gassen stjerna ble laget av.

Raskt roterende stjerne

- Grunnstoffene vi observerte i stjernen, ble sannsynligvis produsert av en enslig foreldrestjerne like etter Big Bang, skriver to av forskerne bak studien, David Yong og Gary Da Costa, i en artikkel i The Conversation.

Forskerne mener at en hypernova skal ha vært opphavet til de uvanlige nivåene av stoffene.

Hypernovaen skal ha vært ti ganger mer energirik enn en supernova.

Supernova og hypernova er to av flere mulige sluttstadier for en stjerne.

Når en stjerne dør, kan de ytre lagene enten bli blåst vekk sakte og rolig over lang tid, til det bare blir en hvit dverg er igjen. Eller det kan skje eksplosivt og de ytre lagene blåses vekk i en supernova-eksplosjon.

Det som produserte stoffene som finnes i SMSS J200322.54-114203.3, må ha vært en raskt roterende diger stjerne med sterke magnetfelt, mener forskerne. Den eksploderte i en magnetorotational hypernova.

Kan stamme fra flere hendelser

Forskerne mener at denne forklaringen stemmer bedre med dataene, enn at grunnstoffene ble laget av nøytronstjerner i tillegg til andre prosesser.

Astronom Lisa Kewley er professor og direktør for ARC Centre of Excellence in All Sky Astrophysics in 3 Dimensions ved Australian National University, der flere av forskerne bak studien er tilknyttet.

Hun sier i pressemeldingen at oppdagelsen avslører en ny måte for hvordan tunge grunnstoffer kan ha blitt dannet i det tidlige universet.

Imponerende, men ikke bevis

Tidlig i universet var det mer vanlig med massive, raskt roterende stjerner, skriver Science News, dermed kan slike eksplosjoner ha stått for en god del av dannelsen av tunge grunnstoffer i begynnelsen.

- Observasjonene er imponerende, sier Stan Woosley, som er astrofysiker ved University of California, Santa Cruz, til Science News.

Han har ikke vært med på studien.

Han sier videre at det likevel ikke er noe bevis for at grunnstoffene i den gamle stjernen må ha kommet fra en hendelse.

- Det kan ha vært en, det kan ha vært ti.

En av hendelsene kan til og med ha vært nøytronstjerner som smeltet sammen, mener han.

Referanse:

D. Yong, m. fl.: «r-Process elements from magnetorotational hypernovae», Nature, 7. juli 2021.