Tarantelnebulosan:I denna berömda stjärnbildande region i vår granngalax, det stora magellanska molnet, finns många unga stjärnor fortfarande i sina molekylära moln. Kredit:James Webb Space Telescope
I klassiska modeller av stjärnutveckling har hittills liten vikt fästs vid den tidiga utvecklingen av stjärnor. Thomas Steindl från institutionen för astro- och partikelfysik vid universitetet i Innsbruck visar nu för första gången att stjärnornas biografi verkligen formas av deras tidiga skede. Studien publicerades i Nature Communications .
Från spädbarn till tonåringar, stjärnor i deras "unga år" är en stor utmaning för vetenskapen. Processen för stjärnbildning är särskilt komplex och svår att kartlägga i teoretiska modeller. Ett av få sätt att lära sig mer om stjärnors bildande, struktur eller ålder är att observera deras svängningar. "Jämförbart med utforskandet av jordens inre med hjälp av seismologi kan vi också göra uttalanden om deras inre struktur och därmed också om stjärnornas ålder utifrån deras svängningar", säger Konstanze Zwintz.
Astronomen betraktas som en pionjär inom det unga området asteroseismologi och leder forskargruppen Stellar Evolution and Asteroseismology vid Institutet för Astro- och Partikelfysik vid universitetet i Innsbruck. Studiet av stjärnsvängningar har utvecklats avsevärt de senaste åren eftersom möjligheterna till exakt observation genom teleskop i rymden som TESS, Kepler och James Webb har förbättrats på många nivåer. Dessa framsteg kastar nu också nytt ljus över årtionden gamla teorier om stjärnutveckling.
Den unga stjärnan i mitten är i ett molekylärt moln och omsluts av en skiva. I de första stadierna av sitt liv drar stjärnan till sig många material, till exempel genom magnetfält, som ständigt omblandas i turbulensen. Den unga stjärnans inre genomsyras av pulsationer. Kredit:Mirjana Keser
En ny modell till noll timme av vuxna stjärnor
Stjärnor kallas "barn" så länge de ännu inte bränner väte till helium i sina kärnor. I detta skede är de på pre-huvudsekvensen; efter antändning blir de vuxna och går vidare till huvudsekvensen.
"Forskning om stjärnor har hittills främst fokuserat på vuxna stjärnor - som vår sol", säger Thomas Steindl, medlem i Konstanze Zwintz forskargrupp och huvudförfattare till studien. "Även om det låter kontraintuitivt vid första anblicken, har hittills lite uppmärksamhet ägnats åt utvecklingen av pre-main-sekvensen eftersom fasen är väldigt turbulent och svår att modellera. Det är bara de senaste årens tekniska framsteg som tillåter oss att komma närmare. titta på stjärnornas barndom - och därmed i det ögonblick då stjärnan börjar smälta samman väte till helium."
Den blå linjen visar utvecklingen av en stjärna före övergången till huvudsekvensen (blå prick) enligt de klassiska modeller som använts sedan 1950-talet. Den vita linjen representerar den realistiska representationen som är ett resultat av Thomas Steindls nya modell – stjärnans "vilda" år från spädbarnsåldern till tonåren, med utvecklingen som löper från höger till vänster i bilden. Kredit:Universitetet i Innsbruck
I sin aktuella studie presenterar de två Innsbruck-forskarna nu en modell som kan användas för att realistiskt skildra de tidigaste faserna av en stjärnas liv långt innan de blir vuxna. Modellen är baserad på stjärnutvecklingsprogrammet MESA med öppen källkod (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics). Inspirerad av ett föredrag som hölls av astronomen Eduard Vorobyov vid universitetet i Wien vid ett möte 2019, ägnade Thomas Steindl månader åt att förfina metoden för att använda denna stjärnutvecklingskod för att återskapa den kaotiska fasen av tidig stjärnbildning och sedan förutsäga deras specifika svängningar.
"Våra data visar att stjärnor i pre-main-sekvensen tar en mycket kaotisk kurs i sin utveckling. Trots dess komplexitet kan vi nu använda den i vår nya teoretiska modell." sa Steindl. Således visar astronomen att det sätt som stjärnan bildas på har en inverkan på svängningsbeteendet även efter antändning av kärnfusion på huvudsekvensen:"Barntiden har en inverkan på stjärnans senare pulsationer:Detta låter väldigt enkelt, men det var starkt i tvivel. Den klassiska teorin antar att tiden före antändning helt enkelt är irrelevant. Detta är inte sant:Jämfört med ett musikinstrument leder även subtila skillnader i kompositionen till betydande förändringar i tonen. Således är våra moderna modeller bättre beskriv svängningarna i riktiga stjärnor."
Konstanze Zwintz says, "I was already convinced about 20 years ago, when I first saw the oscillation of a young star in front of me on the screen, that I would one day be able to prove the significance of early stellar evolution on the 'adult' star. Thanks to the great work of Thomas Steindl, we have now succeeded:Definitely a eureka moment for our research group and another milestone for a better understanding of the growth steps of stars." + Utforska vidare
