Konstnärsintryck av några möjliga evolutionära vägar för stjärnor med olika initialmassa. Vissa proto-stjärnor, bruna dvärgar, blir faktiskt aldrig tillräckligt varma för att antändas till fullfjädrade stjärnor och svalnar helt enkelt och försvinner. Röda dvärgar, den vanligaste typen av stjärna, fortsätter att brinna tills de har omvandlat allt väte till helium och förvandlas till en vit dvärg. Solliknande stjärnor sväller till röda jättar innan de blåser bort sina yttre skal till färgglada nebulosa medan deras kärnor kollapsar till en vit dvärg. De mest massiva stjärnorna kollapsar plötsligt när de har bränt genom sitt bränsle, vilket utlöser en supernovaexplosion eller gammastrålning och lämnar efter sig en neutronstjärna eller ett svart hål. Kredit:ESA
Vi önskar alla ibland att vi kunde se in i framtiden. Nu, tack vare de allra senaste uppgifterna från ESA:s stjärnkartläggning Gaia-uppdrag, kan astronomer göra just det för solen. Genom att noggrant identifiera stjärnor med liknande massa och sammansättning kan de se hur vår sol kommer att utvecklas i framtiden. Och detta arbete sträcker sig långt bortom lite astrofysisk klarsyn.
Gaias tredje stora datarelease (DR3) offentliggjordes den 13 juni 2022. En av de viktigaste produkterna som kom ut ur denna release var en databas med de inneboende egenskaperna hos hundratals miljoner stjärnor. Dessa parametrar inkluderar hur varma de är, hur stora de är och vilka massor de innehåller.
Gaia tar exceptionellt exakta avläsningar av en stjärnas skenbara ljusstyrka, sett från jorden, och dess färg. Att förvandla dessa grundläggande observationsegenskaper till en stjärnas inneboende egenskaper är mödosamt arbete.
Orlagh Creevey, Observatoire de la Côte d'Azur, Frankrike, och medarbetare från Gaias koordinationsenhet 8, är ansvariga för att extrahera sådana astrofysiska parametrar från Gaias observationer. Genom att göra detta bygger teamet på det banbrytande arbetet från astronomer som arbetade vid Harvard College Observatory, Massachusetts, i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet.
Vid den tiden var astronomernas ansträngningar inriktade på att klassificera utseendet på "spektrala linjer". Dessa är mörka linjer som visas i regnbågen av färger som produceras när en stjärnas ljus delas med ett prisma. Annie Jump Cannon utarbetade en sekvens av spektralklassificering som ordnade stjärnorna efter styrkan på dessa spektrallinjer. Denna ordning visade sig senare vara direkt relaterad till stjärnornas temperatur. Antonia Maury gjorde en separat klassificering baserad på bredden på vissa spektrallinjer. Det upptäcktes senare att detta var relaterat till ljusstyrkan och åldern hos en stjärna.
Genom att korrelera dessa två egenskaper kan varje stjärna i universum plottas på ett enda diagram. Känd som Hertzsprung-Russell (HR) diagrammet har det blivit en av hörnstenarna i astrofysiken. Utarbetat oberoende 1911 av Ejnar Hertzsprung och 1913 av Henry Norris Russell, ett HR-diagram plottar en stjärnas inneboende ljusstyrka mot dess effektiva yttemperatur. Genom att göra det avslöjar den hur stjärnor utvecklas under deras långa livscykel.
Medan stjärnans massa förändras relativt lite under sin livstid, varierar stjärnans temperatur och storlek mycket när den åldras. Dessa förändringar drivs av den typ av kärnfusionsreaktioner som äger rum inuti stjärnan vid den tidpunkten.
Med en ålder på omkring 4,57 miljarder år är vår sol för närvarande i sin bekväma medelålder, smälter samman väte till helium och är generellt sett ganska stabil; stannade jämnt. Så kommer inte alltid att vara fallet. När vätebränslet tar slut i dess kärna och förändringar börjar i fusionsprocessen, förväntar vi oss att det sväller till en röd jättestjärna, vilket sänker dess yttemperatur under processen. Exakt hur det går till beror på hur mycket massa en stjärna innehåller och dess kemiska sammansättning. Det är här DR3 kommer in.
Orlagh och kollegor kammade data och letade efter de mest exakta stjärnobservationerna som rymdfarkosten kunde erbjuda. "Vi ville ha ett riktigt rent urval av stjärnor med högprecisionsmätningar", säger Orlagh.
De koncentrerade sina ansträngningar på stjärnor som har yttemperaturer på mellan 3 000 K och 10 000 K eftersom dessa är de längst levande stjärnorna i galaxen och därmed kan avslöja Vintergatans historia. De är också lovande kandidater för att hitta exoplaneter eftersom de i stort sett liknar solen, som har en yttemperatur på 6000K.
Därefter filtrerade Orlagh och kollegor provet för att bara visa de stjärnor som hade samma massa och kemiska sammansättning som solen. Eftersom de lät åldern vara annorlunda, slutade stjärnorna de valde ut en linje över H-R-diagrammet som representerar vår sols utveckling från dess förflutna till dess framtid. Det avslöjade hur vår stjärna kommer att variera sin temperatur och ljusstyrka när den åldras.
Från detta arbete blir det tydligt att vår sol kommer att nå en maximal temperatur vid cirka 8 miljarder års ålder, sedan kommer den att svalna och öka i storlek och bli en röd jättestjärna runt 10–11 miljarder år gammal. Solen kommer att nå slutet av sitt liv efter denna fas, när den så småningom blir en svag vit dvärg.
Att hitta stjärnor som liknar solen är viktigt för att förstå hur vi passar in i det vidare universum. "Om vi inte förstår vår egen sol - och det finns många saker vi inte vet om den - hur kan vi förvänta oss att förstå alla andra stjärnor som utgör vår underbara galax", säger Orlagh.
Det är en källa till viss ironi att solen är vår närmaste, mest studerade stjärna, men dess närhet tvingar oss att studera den med helt andra teleskop och instrument än de vi använder för att titta på resten av stjärnorna. Detta beror på att solen är så mycket ljusare än de andra stjärnorna. Genom att identifiera stjärnor som liknar solen, men den här gången med liknande åldrar, kan vi överbrygga denna observationsklyfta.
För att identifiera dessa "solanaloger" i Gaia-data letade Orlagh och kollegor efter stjärnor med temperaturer, ytgravitationer, sammansättningar, massor och radier som alla liknar dagens sol. De hittade 5863 stjärnor som matchade deras kriterier.
Nu när Gaia tagit fram mållistan kan andra börja undersöka dem på allvar. Några av frågorna som de vill ha svar på inkluderar:har alla solanaloger planetsystem som liknar vårt? Roterar alla solanaloger i samma takt som solen?
Med datarelease 3 har Gaias ytterst noggranna instrumentering gjort det möjligt för stjärnparametrarna för fler stjärnor att bestämmas mer exakt än någonsin tidigare. Och den noggrannheten kommer att leda till många andra studier. Att till exempel känna till stjärnor mer exakt kan hjälpa när man studerar galaxer, vars ljus är sammanslagning av miljarder enskilda stjärnor.
"Gaia-uppdraget har berört överallt inom astrofysiken", säger Orlagh. + Utforska vidare
