Europæiske astronomer har for første gang vist, at en magnetar – en usædvanlig type neutronstjerne – er blevet dannet af en stjerne, der er mindst 40x tungere end Solen. Dette resultat er en stor udfordring for de gældende teorier om, hvordan stjerner udvikler sig. En så tung stjerne skulle nemlig være blevet til et sort hul, så hvor tung skal en stjerne egentlig være for at blive til et sort hul?

For at nå deres konklusioner, har astronomerne set nærmere på den ekstraordinære stjernehob Westerlund 1, der ligger 16.000 lysår væk i det sydlige stjernebillede Ara. Tidligere undersøgelser har vist, at Westerlund 1 er den nærmeste kendte superstjernehob. Den indeholder hundredvis af meget tunge stjerner, hvoraf nogle lyser næsten en million gange klarere end Solen og nogle har en diameter, som er to tusind gange større end Solens (lige så stor som Saturns bane).

”Hvis Solen blev placeret i hjertet af denne bemærkelsesværdige hob, ville vores nattehimmel være fuld af hundredvis af stjerner, der strålede lige så klart som fuldmånen,” siger Ben Richie, hovedforfatter på artiklen, der fortæller om disse resultater.

Westerlund 1 er en fantastisk stjerne-zoo med et mangfoldigt og eksotisk udvalg at stjerner. Stjernerne i hoben har én ting til fælles: de har alle den samme alder, der anslås til at være mellem 3,5 og 5 mio.år. Hoben blev nemlig dannet ved en enkelt episode af stjernedannelse.

En magnetar er en type neutronstjerne med et meget kraftigt magnetfelt – en million milliard gange kraftigere end Jordens. Magnetarer dannes når tunge stjerner dør i en supernovaeksplosion.

Westerlund 1-hoben er hjemsted for en af de få kendte magnetarer i Mælkevejen. Fordi den bor i hoben, har astronomerne kunnet drage den bemærkelsesværdige slutning, at denne magnetar må være blevet dannet af en stjerne, der er mindst 40x tungere end Solen.

Da alle stjernerne i Westerlund 1 er født samtidig, må stjernen, der eksploderede og efterlod en magnetar, have haft en kortere levetid end de overlevende stjerner i hoben. ”En stjernes levetid er direkte knyttet til dens masse – jo tungere en stjerne er, desto kortere er dens levetid. Hvis vi kan måle massen på en af de overlevende stjerner, så ved vi med sikkerhed, at stjernen med et kortere liv, der blev til magnetaren, må have været endnu tungere” siger medforfatter og holdleder Simon Clark. ”Det er af stor betydning, da der ikke er nogen accepteret teori for, hvordan sådanne ekstremt magnetiske objekter bliver dannet.”

Astronomerne har derfor studeret stjernerne, der hører til det formørkelsesvariable dobbeltsystem W13 i Westerlund 1, ved at udnytte det forhold, at masserne i et sådant system kan bestemmes direkte ud fra stjernernes bevægelse.

Ved at sammenligne med disse stjerner har de fundet ud af, at stjernen, der er blevet til en magnetar må have været mindst 40X tungere end Solen. Dette viser for første gang, at magnetarer kan dannes af stjerner, der er så tunge, at vi normalt ville forvente, at de dannede sorte huller. Den tidligere antagelse var, at stjerner, der som udgangspunkt er mellem 10 og 25X tungere end Solen, vil danne neutronstjerner, mens stjerner med mere end 25X Solens masse vil producere sorte huller.

”Disse stjerner må slippe af med mere end ni-tiendedele af deres masse, før de eksploderer som en supernova, ellers vil de i stedet have skabt et sort hul,” siger medforfatter Ignacio Negueruela. ”Sådanne enorme vægttab før eksplosionen er en stor udfordring for de nuværende teorier om stjerners udvikling.”

”Det rejser derfor det prikne spørgsmål om, hvor tung en stjerne skal være for at kollapse og danne et sort hul, hvis stjerner, der er mere end 40 gange tungere end Solen, ikke kan klare den sag,” konkluderer medforfatter Norbert Langer.

Den dannelsesmekanisme, som astronomerne foretrækker, postulerer, at den stjerne, der er blevet til en magnetar – stamstjernen – blev født med en stjerneledsager. Efterhånden som begge stjerner udviklede sig, begyndte de at vekselvirke. Energi hentet fra deres banebevægelse blev brugt til at udslynge de nødvendige enorme mængder af masse fra stamstjernen. På nuværende tidspunkt kan en sådan ledsager dog ikke ses, der hvor magnetaren er. Det kan dog være fordi supernovaen, der dannede magnetaren, fik revet dobbeltstjernesystemet fra hinanden så begge stjerner blev slynget væk fra hoben ved høj hastighed.

”Hvis dette er tilfældet, peger det på, at dobbeltsystemer kan spille en nøglerolle i stjernernes udvikling ved at drive vægttabet – den ultimative kosmiske ’slankekur’ for tunge stjerner, som fjerner over 95 % af deres oprindelige masse slutter Clark.

Kilde:  ESO