Najstarsza bliźniaczka Słońca zidentyfikowana

Cykl ewolucji gwiazdy podobnej do Słońca

Rysunek pokazuje ewolucję gwiazdy podobnej do Słońca, od jej narodzin po lewej stronie do ewolucji w czerwonego olbrzyma po prawej. Po lewej obiekt jest widoczny jako protogwiazda, otoczona pyłowym dyskiem materii, z której się formuje. Później staje się gwiazdy podobną do Słońca. Po spędzeniu większości swojego życia w tym stadium, jądro gwiazdy zaczyna stopniowo zwiększać temperaturę, gwiazda rozszerza się i staje się bardziej czerwona, aż przekształci się w czerwonego olbrzyma.

Następnie gwiazda odrzuci swoje zewnętrzne warstwy w przestrzeń kosmiczną, tworząc obiekt znany jako mgławica planetarna, podczas gdy jądro ostygnie do małej, gęstej pozostałości zwanej białym karłem.

Na dolnej linii czasu zaznaczono w którym momencie znajduje się Słońce oraz słoneczne bliźniaczki 18 Sco i HIP 102152. Słońce ma 4,6 miliarda lat, 18 Sco liczy sobie 2,9 miliarda lat, natomiast najstarsza słoneczna bliźniaczka ma około 8,2 miliarda lat - jest to najstarsza zaobserwowana bliźniaczka Słońca. Badając HIP 102152 możemy uzyskać wgląd w to, co w przyszłości stanie się ze Słońcem.

Rysunek ma charakter poglądowy: wiek, rozmiary i barwy są przybliżone (nie zachowano skali). Obiekt w stadium protogwiazdy może być nawet 2000 razy większy niż Słońce. Faza czerwonego olbrzyma to obiekt około 100 razy większy od Słońca.

ESO/M. Kornmesser

Międzynarodowy zespół prowadzony przez astronomów z Brazylii użył Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) do zidentyfikowania i zbadania najstarszej znanej bliźniaczki Słońca. Położona 250 lat świetlnych od Ziemi gwiazda HIP 102152 jest podobna do Słońca bardziej niż jakakolwiek inna – z wyjątkiem takim, że ma prawie cztery miliardy lat więcej. Starsza, ale prawie identyczna bliźniaczka daje nam niespotykaną szansę na zobaczenie jak Słońce będzie wyglądać w takim wieku. Nowe obserwacje dostarczają po raz pierwszy także wyraźnego powiązania pomiędzy wiekiem gwiazdy, a jej zawartością litu. Dodatkowo sugerują, że HIP 102152 może posiadać skalistą planetę typu ziemskiego.

Astronomowie obserwują Słońce za pomocą teleskopów zaledwie od 400 lat – niewielki ułamek wieku Słońca, wynoszącego 4,6 miliarda lat. Bardzo trudno jest zbadać przeszłą i przyszłą ewolucję naszej gwiazdy, ale możemy uczynić to wyszukując rzadkich gwiazd, które są prawie takie same jak nasza, ale na różnych etapach swojego życia. Astronomowie zidentyfikowali właśnie gwiazdę, która jest w zasadzie identyczną bliźniaczką Słońca, tylko że o 4 miliardy lat starszą – to prawie jak patrzeć na realną wersję paradoksu bliźniąt [1].

Jorge Melendez (Universidade de São Paulo, Brazylia), kierownik zespołu badawczego i współautor publikacji, wyjaśnia: „Przez dekady astronomowie poszukiwali bliźniaczek Słońca, aby lepiej poznać dającą nam życie gwiazdę. Ale od pierwszego odkrycia w 1997 roku znaleziono niewiele takich przypadków. Uzyskaliśmy z VLT widma świetnej jakości i możemy szczegółowo zbadać słoneczne bliźniaczki z niesamowitą precyzją, aby odpowiedzieć na pytanie czy Słońce jest wyjątkowe.”

Zespół zbadał dwie słoneczne bliźniaczki [2] – jedną, o której myślano, że jest młodsza niż Słońce (18 Scorpii), drugą, co do której spodziewano się, że jest starsza (HIP 102152). Wykorzystano spektrograf UVES na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Obserwatorium ESO Paranal, aby rozdzielić światło na składowe kolory, co umożliwiło bardzo szczegółowe badanie składu chemicznego i innych własności tych gwiazd.

Okazało się, że HIP 102152 w konstelacji Koziorożca jest najstarszą znaną słoneczną bliźniaczką. Jej wiek szacowany jest na 8,2 miliarda lat, w porównani do 4,6 miliarda lat w przypadku naszego Słońca. Natomiast 18 Scorpii uzyskała potwierdzenie, że jest młodsza – ma około 2,9 miliarda lat.

Badania starej słonecznej bliźniaczki HIP 102152 pozwalają naukowcom przewidzieć co może wydarzyć się ze Słońcem, gdy osiągnie podobny wiek. Udało się nawet dokonać znaczącego odkrycia. „Jednym z zagadnień, które chcieliśmy zbadać, jest kwestia czy skład Słońca jest typowy” mówi Melendez. „Najważniejsze pytanie: dlaczego ma tak dziwnie małą zawartość litu?”

Lit, trzeci pierwiastek w układzie okresowym, został wytworzony podczas Wielkiego Wybuchu razem z wodorem i helem. Astronomowie zastanawiali się od lat dlaczego niektóre gwiazdy wydają się mieć mniej litu niż inne. Dzięki nowym obserwacjom HIP 102152 naukowcy dokonali dużego kroku naprzód w rozwiązywaniu zagadki, znajdując silną korelację pomiędzy wiekiem gwiazdy podobnej do Słońca, a jej zawartością litu.

Nasze Słońce ma obecnie zaledwie 1% zawartości litu występującego w materii, z której powstało. Badania młodszych słonecznych bliźniaczek wskazywały, że te zawierają znacznie większe ilości litu, ale do tej pory naukowcy nie mogli udowodnić związku pomiędzy wiekiem, a zawartością litu [3].

TalaWanda Monroe (Universidade de São Paulo), główna autorka publikacji, podsumowuje: „Odkryliśmy, że HIP 102152 ma bardzo mały poziom litu. Po raz pierwszy pokazuje to wyraźnie, że starsze słoneczne bliźniaczki rzeczywiście mają mniej litu niż Słońce, albo bliźniaczki młodsze Możemy być teraz pewni, że gwiazdy w jakiś sposób niszczą swój lit z wiekiem i że zawartość litu w przypadku Słońca wydaje się normalna dla jego wieku.” [4].

Końcowym rezultatem tej historii jest fakt, że HIP 102152 ma nietypowy skład chemiczny, które jest nieco różny od większości słonecznych bliźniaczek, ale podobny do Słońca. Obie gwiazdy wykazują deficyt pierwiastków, które występują w meteorytach na Ziemi. Jest to silna wskazówka, że HIP 102152 może posiadać skalista planetę typu ziemskiego [5].

Uwagi

[1] Wielu ludzi słyszało o paradoksie bliźniąt: jedno z identycznych bliźniąt wyrusza w podróż kosmiczną i powraca na Ziemię młodsze niż drugie. Mimo że w przypadku gwiazd nie ma podróży w czasie, mamy dwie znacząco różne liczby lat dla dwóch bardzo podobnych gwiazd – migawki z życia Słońca na różnych etapach ewolucji.

[2] Słoneczne bliźniaczki, słoneczne analogi, albo gwiazdy typu słonecznego to kategorie gwiazd z cechami podobnymi do naszego Słońca. Słoneczne bliźniaczki są najbardziej podobne do naszego Słońca, gdyż mają bardzo podobne masy, temperatury i skład chemiczny. Są rzadkie, ale inne klasy, w których podobieństwo jest mniej precyzyjne, występują znacznie częściej.

[3] Poprzednie badania wskazywały, że gwiezdna zawartość litu może być zaburzana także przez olbrzymie planety (eso0942, eso0118, artykuł w Nature), jednak nad tymi wynikami trwa dyskusja (ann1046).

[4] Ciągle nie jest jasne w jaki sposób lit jest w gwiazdach niszczony. Proponowane jest kilka procesów transportu litu z powierzchni gwiazdy do głębszych warstw, gdzie byłby następnie niszczony.

[5] Jeżeli gwiazda zawiera mniej pierwiastków niż zwykle znajdujemy w skalistych ciałach, wskazuje to na spore prawdopodobieństwo, iż posiada planetę typu ziemskiego, ponieważ planety skaliste zagarniają tego typu pierwiastki gdy formują się z wielkiego dysku otaczającego gwiazdę. Sugestia, że HIP 102152 może posiadać planetę skalistą jest dodatkowo wzmocniona monitorowaniem prędkości radialnych gwiazdy przez należący do ESO spektrograf HARPS: wyniki wskazują, że w strefie zamieszkiwalnej wokół gwiazdy nie ma olbrzymich planet. Pozwala to na istnienie potencjalnych planet typu ziemskiego wokół HIP 102152. W systemach, w których olbrzymie planety znajdują się blisko gwiazd szanse na odnalezienie planet typu ziemskiego są znacznie mniejsze, gdyż małe skaliste ciała są zaburzane i rozrywane.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “High precision abundances of the old solar twin HIP 102152: insights on Li depletion from the oldest Sun”, TalaWanda Monroe et al., który ukaże się w Astrophysical Journal Letters.

Skład zespołu badawczego: TalaWanda R. Monroe, Jorge Meléndez (Universidade de São Paulo, Brazylia [USP]), Iván Ramírez (The University of Texas at Austin, USA), David Yong (Australian National University, Australia [ANU]), Maria Bergemann (Max Planck Institute for Astrophysics, Niemcy), Martin Asplund (ANU), Jacob Bean, Megan Bedell (University of Chicago, USA), Marcelo Tucci Maia (USP), Karin Lind (University of Cambridge, Wielka Brytania), Alan Alves-Brito, Luca Casagrande (ANU), Matthieu Castro, José-Dias do Nascimento (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Brazylia), Michael Bazot (Centro de Astrofísica da Universidade de Porto, Portugalia) oraz Fabrício C. Freitas (USP).


Zobacz też:



Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 4025