En studie visar att de mest massiva stjärnorna i de sista stadierna av deras liv är de som förorenar det interstellära mediet med nya kemiska grundämnen, ger upphov till successiva generationer av stjärnor i dessa "astronomiska fossil".

Globulära hopar är svärmar av ungefär en miljon stjärnor bundna till varandra av sitt gravitationsfält och fördelade ungefär sfäriskt, som har bildats från ett enda moln av interstellär gas och stoft. Eftersom deras åldrar ligger nära universums ålder, de anses vara veritabla "astronomiska fossiler" eftersom de behåller information om den kemiska sammansättningen och galaxernas utveckling från epok av deras ursprung. I dessa kluster bildas stjärnor av olika storlekar, och genom att observera de mest massiva stjärnorna som fortfarande överlever kan vi räkna ut klustrets ålder. Men sedan ett tjugotal år tillbaka vet vi att det finns olika generationer av stjärnor i en enda klunga. Och ursprunget till dessa successiva generationer var oklart fram till nu.

Facktidningen The Astrophysical Journal Letters publicerar idag en studie av ett internationellt team, där Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) har deltagit, som löser detta mysterium om bildningen och utvecklingen av klothopar i det tidiga universum. Enligt denna studie ligger nyckeln i den mest massiva, utvecklade AGB-stjärnor (asymptotisk jättegren). Detta är det första beviset på att dessa stjärnor spelar en grundläggande roll i kontamineringen av det interstellära mediet, från vilka successiva generationer av stjärnor har bildats.

Paolo Ventura, astronom från Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) och första författare till artikeln, nämnde betydelsen av AGB-stjärnorna under hans senaste vistelse på IAC som gästforskare i Severo Ochoa, under vilken tid de arbetade med studien som publicerades idag. "Tills nu", förklarar Aníbal García-Hernández, forskare vid IAC och artikelns andra författare, "olika olika typer av stjärnor hade förberetts som kandidater:supermassiva stjärnor, snabbt roterande massiva stjärnor, massiva interagerande binärer, och massiva AGB-stjärnor. Denna forskning avslutar debatten om vilka stjärnor som orsakar denna process, och löser en av de framstående okända i bildningen och utvecklingen av klothopar", avslutar han.

"Nästa steg", förklarar Flavia Dell'Agli, som nyligen anslöt sig till IAC som postdoktor, och vem är den tredje författaren till tidningen, "kommer att vara den systematiska analysen av alla klotkluster på norra halvklotet som redan observerats i APOGEE-projektet, såväl som det stora antalet av dessa system som kommer att observeras, med start nästa vår, på södra halvklotet i APOGEE-2".

AGB-stjärnornas roll

Historiskt sett, klothopar har använts som laboratorier för att studera stjärnutveckling, eftersom man trodde att alla stjärnor i en klothop bildades samtidigt och därmed har samma ålder. Men sedan ett par decennier tillbaka har det varit känt att nästan alla klothopar innehåller flera stjärnpopulationer. I den första generationen förekom kemiska överflöd, till exempel de av element som aluminium och magnesium, visa sammansättningen av det ursprungliga interstellära (eller intrakluster) mediet. På den korta tiden (astronomiskt) på endast 500 miljoner år är mediet förorenat och från detta medium bildas den andra generationen stjärnor. Forskare tror att några av de mest massiva stjärnorna i den första generationen producerar och förstör de tunga grundämnena i deras inre ("nukleosyntes") och genom snabb massförlust förorenar det interstellära mediet där den andra generationen stjärnor sedan bildas med olika kemiska förekomster. Men vilka stjärnor är ansvariga för detta fenomen?

Forskare misstänkte de mest massiva AGB-stjärnorna (asymptotisk jättegren), som har mellan fyra och åtta gånger solens massa, och nu har denna studie bekräftat misstanken. För att göra det använde de observationer av mängden magnesium och aluminium som observerats av det internationella samarbetet Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) och specifik undersökning APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) kombinerat med teoretiska modeller av nukleosyntes i AGB-stjärnor. De kunde för första gången reproducera antirelationen (ett förhållande där när en kvantitet växer den andra minskar) mellan de två elementen i fem klotformiga kluster med mycket olika metalliciteter (totala mängder metaller).

Produktionen av aluminium och förstörelsen av magnesium i stjärnornas inre är mycket känslig för deras temperatur och totala metallicitet, så de erbjuder en bra diagnostik för att avslöja naturen hos de kontaminerande stjärnorna. Ju högre temperatur i zonen där dessa grundämnen har sitt ursprung, basen av konvektionszonen inuti stjärnan, ju mer aluminium produceras och desto mer magnesium förstörs. Det är också känt att temperaturen i denna zon stiger när den totala mängden metaller i stjärnan sjunker. I massiva AGB-stjärnor förväntas olika typer av dessa antirelationer:vid mycket låg metallicitet förväntar vi oss mer aluminium och mer förstörelse av magnesium, och med högre metallicitet, precis tvärtom. Dessa variationer i antikorrelationerna är exakt vad som observeras i klothoparna, och stämmer mycket väl överens med de teoretiska förutsägelserna för massiva AGB-stjärnor, som producerar dessa element i sina interiörer, och sedan kasta ut dem under en fas av extremt snabb massförlust.