Elever oppdaget pulserende stjerne

En gruppe elever ved forskerlinja på Horten videregående skole har funnet en pulserende subdvergstjerne med Nordisk Optisk Teleskop (NOT) på La Palma.

På NOT noen timer før solnedgang og klare for observasjoner. Fra venstre: Anna Nathalie von Huth, Monica Lapadatu, Alexander Aksnes, Jens Joberg, Rendell Cale, Morten Heger, Edwin Traore, Lars Kristian Seljeboth og Christian Eide. Foto: Jan Kåre Qvam.

Stjernen er av en type som klassifiseres som subdwarf B (sdB). Det vil si at den er mindre, men varmere, enn Solen. At stjernen pulserer, vil si at lysstyrken varierer regelmessig over tid.

Elevgruppen brukte det 2.56-meter store Nordisk Optisk Teleskop på La Palma til å søke etter denne sjeldne typen pulserende stjerne over to halve netter den 23 og 24. november 2013. Elevene har analysert resultatene fra observasjonene og kan nå legge frem nøyaktige verdier for de ulike svingningene i pulseringene. Det tekniske navnet på stjernen er SDSS J233406.10+462249.3.

Elevene med teleskop i bakgrunnen
Foran NOT-teleskopet. Fra venstre: Jens Joberg, Morten Heger, Lars Kristian Seljebotn, Christian Eide, Alexander Aksnes Rendell Cale, Edwin Traore, Anna Nathalie von Huth og Monica Lapadatu.
Foto: Jan Kåre Qvam.

En pulserende stjerne sent i livet

SdB-stjerner har betydelig mindre masse enn vanlige dvergstjerner, bare omtrent halvparten av Solas masse. De er derimot svært varme. Stjernene er i et utviklingsstadium sent i livet, der kjernen har brent opp alt sitt hydrogen og nå brenner helium.

SdB-stjernene har så lite hydrogen igjen at astronomene mener de må ha mistet det aller meste av sitt ytre hydrogenlag gjennom et samspill med en annen stjerne eller med en massiv planet før helium begynte å brenne i kjernen. Det er fortsatt ukjent nøyaktig hvordan massetapet av hydrogen har foregått. 

Den ekstremt varme resten av den opprinnelige stjernen som vi nå ser befinner seg derfor langt til venstre på den horisontale gren i Hertzsprung-Russell-diagrammet.

Overflatetemperaturen på stjernen er noe høyere enn spektralklasse B og er derfor klassifisert som «OB». Skalaen er slik: O B A F G K M, der O er varmest og M er kjøligst.

Pulserende sdB stjerner er viktige funn da nettopp pulseringene gir forskere mulighet til å analysere den indre strukturen i stjernene gjennom det som kalles astroseismologi.

Krevende pulseringer

Det er ikke enkelt å finne slike pulserende stjerner siden de er svært lyssvake og derfor krever tilgang til store teleskop. Dessuten er det bare én av ti av det totale antallet sdB-stjerner med riktig temperaturer som faktisk viser seg å pulsere (R.H. Østensen et.al 2010).

LyskurveEt såkalt Fourier-transformert (FT) spektrum av lyskurvene. Stort utslag viser ved hvilken frekvens det sannsynligvis finnes en pulsering. Stiplet linje angir ulike signifikansnivå. Klikk på figuren for større versjon.

Mekanismen bak pulseringene er hovedsakelig en innestenging av strålingen grunnet en overgang mellom to ioniseringsstadier av metaller. Dette forårsaker en ustabilitet der et lag inne i stjernen vil utvide seg og trekke seg sammen periodisk ettersom den innestengte strålingen varmer opp laget til det igjen blir ionisert og slipper ut strålingen.

Dette vil igjen skape lysvariasjoner på overflaten og kan derfor oppdages ved å måle lysstyrken til stjernen. Oppdagelser av denne type stjerner er alle av forholdsvis nyere dato. 

Nordisk Optisk Teleskop har spilt en vesentlig rolle i søk etter pulserende stjerner. Blant annet ble et større søk ble gjennomført i løpet av 59 netter i perioden 2001-2009. (R.H. Østensen et.al 2010). Skoleprosjektet kan sies å være en mindre oppfølger av tidligere søk, men ikke mindre vesentlig da en ny pulserende stjerne altså kunne settes på listen.

Elevene i kontrollrommetFra kontrollrommet i Nordisk Optisk Teleskop: Morten Heger, Rendell Cale, Jens Joberg. Klikk på bildet for større versjon. Foto: Jan Kåre Qvam.

Stort utbytte for elevene

Elevgruppen utførte undersøkelsen som årsprosjekt i faget teknologi og forskningslære. Etter innledende teori og praksis på mindre instrumenter i Norge høst 2013 fikk gruppen etter søknad om observasjonstid tildelt 10 timer ved Nordisk Optisk Teleskop.

Totalt 9 elever reiste ned sammen med astronom Erika Pakštienė fra Institute of Theoretical Physics and Astronomy, Vilnius University i Litauen og faglærer Jan K. Qvam fra Horten videregående skole. I tillegg fikk gruppen bistand fra Astronom Roy H. Østensen fra Katholieke Universiteit Leuven, Institute of Astronomy i Belgia i forbindelse med utvalg av sdB kandidater til søket. Jan Qvam har også hatt kontakt med Institutt for teoretisk astrofysikk i prosessen.

Hektiske observasjoner

Målingene av lysstyrken til stjernene ble utført med instrumentet ALFOSC. Måleserier på inntil 30 minutter ble foretatt samtidig som elevene jobbet med å hurtig skaffe resultater gjennom å analysere lyskurvene.

Dersom det innen 30 minutter ikke fantes tegn til pulseringer ble neste sdB-kandidat på listen undersøkt. Den syvende sdB-kandidaten på listen viste seg å pulsere! Gruppen valgte da å fortsette målingene av denne stjernen så langt som mulig utover natten til 24. november.

Bilde av pulsatoren (stjerne)Bilde av J233406.10+462249.3. (B mag 17.4) tatt med ALFOSC. Lyset fra stjernene med ringer påtegnet brukes som referanseverdier i måleserien.

Etter 90 minutter måtte observasjonsserien avsluttes på grunn av for høy luftfuktighet. Serien på denne lengden viste seg å være mer enn nok til å påvise hovedpulseringen med en periode på 135 sekunder samt flere med lengre perioder. 

Gruppens oppgave var i utgangspunktet å søke etter pulserende stjerner og med slikt funn kan det sies å være meget vellykket. For å kartlegge alle svingninger i denne stjernen bør den observeres over et mye lengre tidsrom, først da kan forskere lage en modell over stjernens sammensetning.

Eksamensresultatene i etterkant viste at elevene hadde stort faglig utbytte av NOT-observasjonene. De har laget en rapport som skoleoppgave, og det arbeides med å publisere de vitenskapelige resultatene.

Av Jan Kåre Qvam og Anna Kathinka Dalland Evans
Publisert 16. juni 2014 09:39 - Sist endret 15. aug. 2016 11:16