Denna konstnärs intryck av olika massstjärnor; från de minsta "röda dvärgarna", väger in på cirka 0,1 solmassor, till massiva "blå" stjärnor som väger omkring 10 till 100 solmassor. Medan röda dvärgar är de vanligaste stjärnorna i universum, det är de massiva blå stjärnorna som bidrar mest till utvecklingen av stjärnhopar och galaxer. Kredit:ESO/M. Kornmesser
Massiva stjärnor är de som är större än cirka 10 gånger solens massa och föds mycket mindre ofta än sina motsvarigheter med låg massa. Dock, de bidrar mest till utvecklingen av stjärnhopar och galaxer. Massiva stjärnor är föregångare till många levande och energiska fenomen i universum, inklusive att berika sin omgivning i supernovaexplosioner och förändra dynamiken i deras system.
Det bästa verktyget för att studera massiva stjärnor är detaljerade stjärnutvecklingskoder:datorprogram som beräknar både den inre strukturen och evolutionen av dessa stjärnor. Tyvärr, detaljerade koder är beräkningsmässigt dyra och tidskrävande – det kan ta flera timmar att beräkna utvecklingen av bara en enda stjärna. Av denna anledning, det är opraktiskt att använda dessa koder för att modellera stjärnor i komplexa system som klotformade stjärnhopar, som kan innehålla miljontals interagerande stjärnor.
För att lösa detta problem, ett team av forskare ledda av ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) utvecklade en fantastisk evolutionskod som heter METhod of Interpolation for Single Star Evolution (METISSE). Interpolation är en metod för att uppskatta en kvantitet baserat på närliggande värden, som att uppskatta storleken på en stjärna utifrån storleken på stjärnor med liknande massa. Via interpolation, METISSE beräknar snabbt egenskaperna hos en stjärna när som helst genom att använda utvalda stjärnmodeller beräknade med detaljerade stjärnutvecklingskoder.
Blixtsnabbt, METISSE kan utvecklas 10, 000 stjärnor på mindre än tre minuter. Viktigast, den kan använda uppsättningar av stjärnmodeller för att förutsäga stjärnornas egenskaper – detta är extremt viktigt för massiva stjärnor. Massiva stjärnor är sällsynta, och deras komplexa och korta livslängd gör det svårt att beräkna deras egenskaper. Följaktligen, detaljerade stjärnutvecklingskoder måste ofta göra antaganden när de beräknar evolutionen av dessa stjärnor. Skillnaderna i de antaganden som används av olika stjärnutvecklingskoder kan avsevärt påverka deras förutsägelser om de massiva stjärnornas liv och egenskaper.
Den här illustrationen visar hur en massiv stjärna smälter samman tyngre och tyngre element tills den exploderar som en supernova och sprider dessa element i rymden. Kredit:NASA, ESA, och L. Hustak (STScI)
I deras nyligen publicerade studie, OzGrav-forskarna använde METISSE med två uppsättningar av toppmoderna stjärnmodeller:en beräknad av Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA), och den andra av Bonn Evolutionary Code (BEC).
Poojan Agrawal, OzGrav-forskare och studiens huvudförfattare, förklarar:"Vi interpolerade stjärnor som var mellan nio och 100 gånger solens massa och jämförde förutsägelserna för dessa stjärnors slutliga öden. För de flesta massiva stjärnorna i vår uppsättning, vi fann att massan av stjärnresterna (neutronstjärnor eller svarta hål) kan variera med upp till 20 gånger massan av vår sol."
När stjärnresterna smälter samman, de skapar gravitationsvågor – krusningar i rum och tid – som forskare kan upptäcka. Därför, denna studies resultat kommer att ha en enorm inverkan på framtida förutsägelser inom gravitationsvågastronomi.
Agrawal tillägger:"METISSE är bara det första steget i att avslöja rollen som massiva stjärnor spelar i stjärnsystem som stjärnhopar, och redan, resultaten är mycket spännande."
