En stjernes magnetiske indre kan endre den måten bølger forplanter seg gjennom den.  (Illustrasjon: R. A. García, K. Augustson, J. Fuller, G. Pérez/AIA/SDO)
En stjernes magnetiske indre kan endre den måten bølger forplanter seg gjennom den. (Illustrasjon: R. A. García, K. Augustson, J. Fuller, G. Pérez/AIA/SDO)

Stjerneskjelv røper magnetisk indre

Ved å studere stjerneskjelv har astrofysikerne utforsket stjernenes indre. Det viser seg at mange røde kjempestjerner inneholder et kraftig magnetfelt, og det kan fortelle mye om stjernenes fødsel, liv og død. 

Stjerner gjør mer enn bare å skinne. De kan også skjelve, slik at forskjellige former for svingninger settes i gang på kryss og tvers gjennom dem.

Ved hjelp av Nasas romteleskop Kepler er det mulig å måle disse svingningene, og da kan astrofysikerne finne ut hva som skjer inne i stjernene.

Nå har en gruppe forskere brukt denne metoden, astroseismologi, til å analysere 3600 røde kjempestjerner, og en ny studie de konkluderer med at en del av dem har sterke magnetfelt i sitt indre.

En av forskerne bak den nye studien danske Dennis Stello, som er førsteamanuensis ved University of Sydney i Australia, og Victor Silva Aguirre som er adjunkt ved Stellar Astrophysics Centre under institutt for fysikk og astronomi ved Aarhus Universitet i Danmark.

– Vi mener vi har funnet en metode til å måle magnetfeltet i en stjernes indre. Vi kan jo bare se stjernens overflate, så det er ikke lett, men ved å finstudere variasjoner i lysstyrken kan vi modellere magnetfeltene, forteller Aguirre.

Bølgenes vei gjennom stjernen kan følges ved å finstudere lyset fra den. Teknikken kalles astroseismologi, måling av stjerneskjelv. (Foto: (Illustrasjon: NASA))
Bølgenes vei gjennom stjernen kan følges ved å finstudere lyset fra den. Teknikken kalles astroseismologi, måling av stjerneskjelv. (Foto: (Illustrasjon: NASA))

– Vi måler sterke bølger som starter i de ytre lagene og beveger seg helt inn til stjernens kjerne. Bølgene kastes tilbake til overflaten når de treffer kjernen, men det skjer ikke alltid. Vi mener, ut fra teoretiske modeller, at det må være sterke magnetfelt i noen av kjernene.

Solen blir en rød kjempe

En stjerne fødes når en stor sky av støv og gass kollapser under sin egen tyngdekraft. Astrofysikerne regner med at det også dannes et magnetfelt. Vi vet også at vår lokale stjerne, solen, har et varierende magnetfelt, hvor de magnetiske polene bytter plass hvert ellevte år. Men vi vet ikke særlig mye om hvordan det er i andre stjerner.

Det ser nå ut til at minst halvparten av de røde kjempestjernene, som veier mellom 1,6 og 2 ganger så mye som solen, har kraftige magnetfelt i sitt indre.

Disse røde kjempestjernene har brukt opp hydrogenet i sitt indre, og kjerneprosessene fortsetter da i et skall utenom kjernen, slik at stjernen vokser voldsomt og blir mer rødlig. Solen blir også til en rød kjempe når den holder på å brenne ut.

Men mindre stjerner som solen bevarer tilsynelatende ikke et sterkt magnetfelt i kjernen når de utvikler seg til røde kjempestjerner.

Magnetfeltet fanges

Astrofysikerne har en forklaring på hvorfor de røde kjempene, som en gang var på størrelse med solen, ikke har et sterkt magnetfelt i kjernen. De regner med at magnetfeltene stammer fra den gangen stjernene var yngre og fortsatt ikke hadde blitt kjempestjerner. Magnetfeltene kunne bare oppstå hvis stjernene var varme nok, forklarer Aguirre:

– En stjerne som solen er ikke varm nok til at kjernen «koker», det vi kaller konveksjon, så det er ikke den store bevegelsen der inne. Tyngre stjerner har en varmere kjerne med konveksjon, og materiale blir flyttet opp og ned, og da dannes det magnetfelt.

– Når det bare er helium igjen i kjernen, fordi alt hydrogenet er brukt opp, stopper bevegelsene, og magnetfeltet er fanget.

Et skritt på veien

Men det forklarer ikke hvorfor det bare er noen av de tunge, røde kjempene som har et kraftig, indre magnetfelt. To stjerner som ligner hverandre til forveksling, kan åpenbart være forskjellige på innsiden.

– Enten har de ikke hatt magnetfeltet fra starten, eller så har de ikke hatt den mekanismen som har holdt på det, sier Aguirre.

Det er fortsatt mye vi ikke vet om stjerners utvikling, og dette er bare et lite skritt på veien.

– Vi vil jo gjerne forstå stjernenes magnetfelt, og i dag vet vi ikke riktig hvor sterke de er eller hvordan de har blitt dannet. Men nå har vi en idé om magnetfeltet i tusenvis av stjerner. Vi vet litt mer om den magnetiske dynamoen, så vi kan forbedre modellene våre for stjernene, også for solen.

Nye modeller for solen

En stjerne som solen blir til en rød kjempestjerne uten et sterkt, indre magnetfelt, sannsynligvis fordi det ikke har vært der fra begynnelsen. Større stjerner blir til større røde kjemper som ofte har et kraftig indre magnetfelt.  (Foto: (Illustrasjon: University of Sydney))
En stjerne som solen blir til en rød kjempestjerne uten et sterkt, indre magnetfelt, sannsynligvis fordi det ikke har vært der fra begynnelsen. Større stjerner blir til større røde kjemper som ofte har et kraftig indre magnetfelt. (Foto: (Illustrasjon: University of Sydney))

Her kan Jacob Trier Frederiksen, som er førsteamanuensis ved Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, også se flere muligheter. Han arbeider blant annet med å utvikle modeller for solens magnetiske aktivitet og de solstormene den aktiviteten skaper, og han synes resultatene er interessante:

– Forskerne bak artikkelen i Nature gir noen viktige ledetråder. Det kan få betydning for flere områder innen stjerneforskning, også solen, sier Frederiksen. 

– Resultatene kan være med på å presisere grenseverdier for hvor sterke magnetfelt det kan være i solens indre. Det kan igjen kobles til den ytre magnetiske aktiviteten, og det kan være interessant i forhold til solens magnetiske syklus og aktivitetsnivået for solstormer. Kanskje kan vi nå utvikle nye modeller og kanskje forutsi den magnetiske syklusen på en bedre måte.

Stjerners fødsel og død

Også modellene hvordan stjerner dannes, kan bli bedre hvis man kjenner det indre magnetfeltet. En stjerne dannes når en sky av gass og støv kollapser, og størrelsen på magnetfeltet i denne tidlige fasen kan ha betydning for hvordan dette skjer.

Den nye forskningen kan også få betydning for forståelsen av supernovaer. De tyngste røde kjempestjernene ender med å eksplodere som supernovaer, og magnetfeltet kan påvirke symmetrien i eksplosjonen, forteller Jacob Trier Frederiksen:

– Det er interessant at de sterke magnetfeltene, ifølge artikkelen, observeres i de mer massive stjernene. Når de massive stjernene kollapser i supernovaeksplosjoner, kan et sterkt magnetfelt bryte den sfæriske kollapsen. Da blir eksplosjonen asymmetrisk, og det er faktisk akkurat det man har observert ved flere tilfeller.

Referanse:

Dennis Stello m.fl: A prevalence of dynamo-generated magnetic fields in the cores of intermediate-mass stars. Nature, januar 2016. doi:10.1038/nature16171. Sammendrag.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.

Powered by Labrador CMS