Fyra år sedan, flera röda jättestjärnor upptäcktes utgöra en paradox:även om de är byggda av mycket gammalt stjärnmaterial, deras stora massor tyder på en klart yngre ålder. Forskare från Max Planck Institute for Solar System Research (Tyskland), Aarhus Universitet (Danmark), och Ohio State University (U.S.) har nu löst den uppenbara motsägelsen. För första gången, de undersökte mängden kol, kväve, och syre virvlade från kärnorna i dessa stjärnor till deras ytor. Detta möjliggör en indirekt titt på processer djupt inuti. Flera av de undersökta röda jättarna måste ha gått samman med andra under ett framskridet stadium av stjärnutveckling, avslutar forskarna. I dessa fall, massa är inte ett lämpligt kriterium för åldersbestämning; stjärnorna är verkligen gamla.

Huvudsekvens stjärna, röd jätte, vit dvärg — under sin livslängd som täcker miljoner eller till och med miljarder år, stjärnor passerar genom olika stadier av stjärnutvecklingen – alla skiljer sig mycket åt i utseende. Än, stjärnor avslöjar inte sina åldrar lätt, åtminstone inte vid första anblicken. Varaktigheten av varje fas skiljer sig för mycket från stjärna till stjärna. Med djupare blick, dock, forskare kan rekonstruera stjärnans livshistoria. Olika metoder gör det nu möjligt att på ett tillförlitligt sätt bestämma en stjärnas ålder.

Men det finns knepiga fall:För fyra år sedan, två grupper av forskare ledda av Leibniz-institutet för astrofysik och Max Planck-institutet för astronomi upptäckte förvirrande röda jättestjärnor. Resultaten av olika åldersmätningar skiljde sig med hela fyra miljarder år. "Stjärnorna verkade vara gamla och unga på samma gång, " Dr. Saskia Hekker från MPS och Aarhus Universitet i Danmark, som var en del av båda upptäcktsteamen vid den tiden och nu är den första författaren till den nya studien, minns. "Den här uppenbara paradoxen har fascinerat mig sedan dess, " tillägger hon. Tillsammans med sin kollega Dr. Jennifer A. Johnson från Ohio State University, hon har nu löst mysteriet med några av dessa stjärnor. Båda forskarna är övertygade om att de märkliga stjärnorna bara låtsas ungdomlighet.

De röda jättarnas byggnadsmaterial pekar mot en uråldring på mer än 10 miljarder år. Stjärnorna innehåller förhållandevis lite järn, ett element som under den galaktiska evolutionens gång producerades långsamt. Gamla stjärnor innehåller därför lite järn jämfört med andra ämnen som magnesium, kisel, och kalcium, medan unga stjärnor innehåller mer. För att bestämma dessa grundämnens förhållanden delar forskarna upp ljuset från respektive stjärna i dess individuella våglängder. I detta så kallade spektrum, varje element som finns i stjärnan lämnar ett karakteristiskt fingeravtryck. En annan metod för åldersbestämning tittar på en stjärnas svängningar. Med metoder för asteroseismologi är det möjligt att sedan härleda stjärnans massa.

Eftersom särskilt höga temperaturer råder inuti tunga stjärnor, deras bränsle brinner relativt snabbt. Tunga stjärnor har därför mycket kortare livslängd än lågmassa. De röda jättarna i fråga visade sig vara riktiga tungviktare. Den asteroseismiska metoden ger därför åldrar på mindre än 6 miljarder år.

Den nya utredningen löser nu denna motsättning. Forskarna kunde visa att några av stjärnorna ser tillbaka på ett extremt händelserikt förflutet. "Några av de mystiska stjärnorna måste ha smält samman med andra under eller efter deras förvandling till röda jättar, " Dr. Saskia Hekker sammanfattar resultaten. "Deras stora massa är inte en ursprunglig egenskap och därför inte lämplig för åldersbestämning, " tillägger hon. "Stjärnorna är verkligen gamla."

Nyckeln till dessa resultat var mängderna kol, kväve, och syre som finns på stjärnornas yta. Dessa element möjliggör en indirekt titt in i det stjärniga interiören. När så kallade huvudsekvensstjärnor, dvs de i samma utvecklingsstadium som solen, förvandlas till röda jättar mot slutet av sitt liv, deras inre funktion förändras:kol, kväve, och syre, som bildas i kärnan, kan muddras upp till ytan i enorma plasmaströmmar och kan sedan detekteras. Beroende på hur varm – och därmed massiv – stjärnan i fråga är, elementen kan hittas i olika förhållanden.

I några av deras mätningar, forskarna fann värden som är typiska för stjärnor med låg massa. "Innan de blev röda jättar, dessa stjärnor måste ha varit relativt lätta, " avslutar Dr. Jennifer Johnson från Ohio State University. "Deras nuvarande höga massa kan förklaras av det faktum att de som röda jättar har smält samman med andra stjärnor, " argumenterar hon.

Förklaringen gäller inte alla studerade stjärnor. För vissa, den höga massan som bestämdes för år sedan med hjälp av asteroseismologi överensstämmer väl med närvaron av kol, kväve, och syre på deras yta. "Dessa stjärnor kunde ha gått samman med andra i ett tidigare utvecklingsstadium innan kärnmaterial virvlades upp till ytan, säger Hekker. En slutlig förklaring väntar fortfarande.

Den nya studien erbjuder också ett nytt förhållningssätt till frågan om hur ofta stjärnor kolliderar och smälter samman som ett resultat. Röda jättar med ett så turbulent förflutet kunde nu spåras upp via åldersbestämningens omväg.