Vores forståelse af universet og Mælkevejen er bygget på en bygning af individuelle viden, alt sammen relateret til hinanden. Men hver af disse stykker er kun så nøjagtige. Jo mere nøjagtige vi kan gøre et af viden, jo mere præcist er vores forståelse af det hele.
Stjernenes alder er et sådant stykke. I årevis har astronomer brugt en metode til at bestemme alderen på stjerner, der har en fejlmargin fra 10 til 20%. Nu har et team af forskere fra Embry-Riddle Aeronautical University udviklet en ny teknik til at bestemme stjernernes alder med en fejlmargin på kun 3% til 5%.
De nuværende stjergedatningsteknikker er afhængige af at observere stjerner på hovedsekvensen, der er en slags voksenhætte til stjerner. Teknikken ser på stjerner, der er begyndt at 'dø', hvilket i dette tilfælde betyder, at de udtømmes deres brint. Desuden kan forskere normalt kun fortælle en stjernes alder ved at finde ud af alderen på den befolkning, de er en del af. De kender alderen til nogle individuelle stjerner, men for det meste kender vi alderen på stjerneklynger snarere end de enkelte stjerners selv.
Årsagerne hertil er temmelig komplekse, men vores stjernedaterteknikker har ført til nogle mærkelige, snarere åbenlyse umulige konklusioner, som at finde stjerne klynger i Mælkevejen, der er ældre end selve Mælkevejen.
Teknikken, der er udviklet af et team på Embry-Riddle, ledet af professor i fysik og astronomi, Dr. Ted von Hippel, er afhængig af målinger af hvide dværge snarere end på stjerner i hovedsekvensen. Hvide dværge er rester af stjerner, der har forladt hovedsekvensen efter at have løbet tør for brændstof. Vores egen sol vil afslutte sit liv som en hvid dværg.
Den nye teknik måler masse, overfladetemperatur og om dens atmosfære har brint eller helium.
"... at vide, om der er brint eller helium på overfladen, er vigtigt, fordi helium udstråler varme væk fra stjernen lettere end brint."
Dr. Ted von Hippel, professor i fysik og astronomi, Embry-Riddle University.
"Stjernens masse betyder noget, fordi genstande med større masse har mere energi og tager længere tid at køle ned," sagde von Hippel, direktør for Embry-Riddles fysiske videnskabsafdelingsobservatorium og 1,0 meter Ritchey-Chretien-teleskop. ”Dette er grunden til, at en kop kaffe forbliver varm længere end en teskefuld kaffe. Overfladetemperatur, som brugt kul i et lejrbål, der er gået, giver spor i, hvor længe siden branden døde. Endelig er det vigtigt at vide, om der er brint eller helium på overfladen, fordi helium udstråler varme væk fra stjernen lettere end brint. ”
En stjernemasse er stadig nøglen til at bestemme dens alder, og den er stadig vanskelig, især for store bestande af hvide dværge. Men takket være Gaia-satellitten bliver det lettere.
Professor von Hippels nye metode drager fordel af de data, der leveres af Det Europæiske Rumagenturs Gaia-mission. Gaia laver et 3D-kort over Mælkevejen ved at måle positions- og radialhastigheden på cirka 1 milliard stjerner i Mælkevejen og i den lokale gruppe. Gaia måler stjerneafstander med ekstrem nøjagtighed, og det var, hvad von Hippels team udnyttede.
Gaia var i stand til at måle stjerneafstander med stor nøjagtighed, og von Hippel og hans team brugte denne nøjagtighed til at bestemme stjernernes radius baseret på deres lysstyrke. Derfra brugte de eksisterende oplysninger om stjernens masse-til-radius-forhold til at bestemme massen, en manglende ingrediens til at bestemme en stjernes alder.
Den sidste touch, som hjælper med at give den nye teknik dens præcision, er at finde ud af stjernens metallicitet. Metallicitet henviser til forekomsten af forskellige kemiske elementer i stjernen. Disse oplysninger giver dem mulighed for at forfine stjernens alder.
På det nylige American Astronomical Society-møde præsenterede medlemmer af von Hippels team to plakater om deres arbejde. Den første fokuserede på et binært par stjerner med en hvid dværg og en hovedsekvensstjerne. Den anden fokuserede på et binært par hvide dværge.
"Det næste niveau af undersøgelse vil være at bestemme så mange af elementerne i den periodiske tabel som muligt for hovedsekvensstjernen inden for disse par."
Dr. Ted von Hippel, professor i fysik og astronomi, Embry-Riddle University.
”Det næste niveau af undersøgelse vil være at bestemme så mange af elementerne i den periodiske tabel som muligt for hovedfeltstjernen inden for disse par,” sagde von Hippel. "Det ville fortælle os mere om den galaktiske kemiske udvikling, baseret på, hvordan forskellige elementer blev opbygget over tid som stjerner dannet i vores galakse, Mælkevejen."
Von Hippel siger, at metoden stadig udvikles og stadig kan overvejes i dens indledende fase. Men det har mange løfter, og holdet håber, at de til sidst vil lære alderen for alle de hvide dværge i Gaia-datasættet. ”Det kunne gøre det muligt for forskere at markant forbedre vores forståelse af stjernedannelse inden for Mælkevejen,” sagde von Hippel.
Von Hippel noterede sig en sammenligning mellem arkeologiområdet og astrofysikområdet. I arkæologi bruger vi kulstofdating til at bestemme alderen på alle slags genstande: værktøjer, strukturer, fossiler, stenaldersteder. Tidenes aldre giver os forståelse af tidslinjen for begivenheder på Jorden. Det samme er tilfældet for universet.
”For dagens astronomer, uden at kende alderen på forskellige komponenter i vores galakse, har vi ikke kontekst. Vi har haft teknikker til at datere himmelobjekter, men ikke præcist. ”
