Den 11. marts 1437 så en gruppe kongelige astronomer i et observatorietårn i Seoul, Korea, mens en strålende hvid blitz oplyste nattehimlen. En af de fem observatører noterede omhyggeligt det, de så: ”En gæstestjerne begyndte at ses mellem Wei's anden og tredje stjerner [Scorpius]… Den varede i 14 dage.”
Relateret indhold
- Hvordan formørkelsesangst hjalp med at lægge grundlaget for moderne astronomi
- Det fleste litium i universet er smedet i eksploderende stjerner
Selvom de ikke vidste det dengang, kom den skinnende ”gæstestjerne” fra en mere voldelig begivenhed end navnet antyder: en novaeksplosion. Nu, ved hjælp af de koreanske optegnelser såvel som glasfotografiske plader fra Harvard University, har moderne astrofysikere genopdaget stjernen og rekonstrueret livscyklussen for et binært stjernesystem for første gang.
”Den virkelige nyhed i denne undersøgelse er, at vi har et udiskutabelt og ekstraordinært nøjagtigt ur, ” takket være de gamle koreanere, siger Michael Shara, hovedforfatter på studiet og en astrofysiker ved American Museum of Natural History. ”I astronomi måler du næsten aldrig noget med bedre end 20 eller 30 procent nøjagtighed. Her ved vi, hvad der sker med dagen. ”
Forskningen, der blev offentliggjort onsdag i tidsskriftet Nature, ser på udviklingen af et binært system, en himmelparring, hvor to stjerner er tæt nok til, at deres tyngdekraft får dem til at gå i bane rundt om hinanden. Cirka 70 procent af stjernerne falder ind under denne kategori, og deres forhold er alt andet end fredeligt. Den største af de to stjerner er en hvid dværg, en supertæt stjerne med en masse, der ikke er højere end 8 gange størrelsen på vores sol. (Faktisk vil vores sol sandsynligvis blive en hvid dværg om 5 milliarder år.)
”Hvis du stod på en hvid dværg, ville du blive fladet ud til en olieslick, ” siger Josh Grindlay, en medforfatter til undersøgelsen og hovedundersøger ved projektet Digital Access to a Sky Century @ Harvard (DASCH).
Den hvide dværgs langvarige ledsager er derimod en mindre, brændstofbrændende rød dværg. Den hvide dværg kanibaliserer sin partner ubarmhjertigt, forsvinder materien og samler den ind i en ring omkring sin atmosfære. Denne glorie af superhot stof kaldes en "akkretionsdisk." Lejlighedsvis vil mængden af stof, der hældes fra den mindre stjerne til sin sultne partner, stige nok til, at den hvide dværg lyser dramatisk, som en lommelygte pludselig tændes. Dette er kendt som en "kataklysmisk variabel."
Hvad koreanske astronomer observerede for næsten 600 år siden, var imidlertid endnu mere dramatisk. De var vidne til noget, der kaldes nova, og det er når sagen, der samler sig i atmosfæren i den hvide dværg, når kritisk masse og får en kæde af nukleare reaktioner, der vokser til at være så meget som 1 million gange lysere end solen. I modsætning til en supernova eksploderer en stjerne, der gennemgår nova, ikke fuldstændigt; kun dens atmosfære gør. Den hvide dværg glider til sidst tilbage til en "dvaletilstand" og drikker sagen fra sin partner. I denne tilstand er det eneste resterende spor af dets voldelige udbrud en sky af udsendt stof kendt som en skal.
”Novae beskrives ofte som de tredje mest energiske eksplosioner i universet - først Big Bang og andet supernovaer og gammastråler, ” siger Jeremy Drake, en senior astrofysiker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Før nu var forskerne ikke sikre på, om novaer og kataklysmiske variabler forekom i det samme system, eller om nogle systemer producerede novæer, mens andre forblev kataklysmiske variabler. ”Det faktum, at vi kan spore denne særlige nova-begivenhed tilbage fra de koreanske observationer, og se, at denne stjerne nu gennemgår normal kataklysmisk variabel opførsel, er et manglende stykke fra puslespillet, der fortæller, at nova- og kataklysmiske variabler er det samme system, der gennemgår cyklisk episoder, ”siger Drake.
For Shara er åbenbaringen endnu mere glædelig. I 30 år har han ledt efter fysisk bevis for sin hypotese om, at binære systemer eksisterer i en tilstand af evolution, som ”sommerfugle og larver.” Efter at have set et lidt andet sted end han forventede, fandt han endelig - eller rettere genopdaget —Den hvide dværg, der sidder inde i dens nova-skal. Og med glaspladerne fra DASCH - som blev brugt af Harvard-astronomer og "computere" til at fotografere himlen i 100 år - kunne Shara se den samme stjerne gå gennem dværg-novaudbrud (de øjeblikke med flimrende lysstyrke) i 1934, 1935 og 1942.
For denne ærefrygtindgydende opdagelse skylder vi en taknemmelighed over for de kongelige observatører, der er bestilt af Koreas kong Sejong, der regerede fra 1418 til 1450 og konstruerede ”en af de fineste astronomiske observatorier i verden”, skriver Joseph Needham i The Hall of Heavenly Records: Koreanske astronomiske instrumenter og ure . Foruden at bygge flere observatorier og astronomiske instrumenter (inklusive et revolutionerende selvfaldende vandur) gjorde de kongelige astronomer også nøjagtige observationer af månen, solen og fem planeter til at forudsige deres fremtidige bevægelser gennem 1442.
Bogen, disse observationer og forudsigelser er optaget i, Chilijeongsan (Beregninger af de syv armaturer), er "bevis for koreansk astronomi på sit højeste niveau i den moderne verden, " skriver historikeren Park Seong-Rae i videnskab og teknologi i koreansk historie: udflugter, Innovationer og problemer . Det er heller ikke første gang, at moderne astronomer drager fordel af de omhyggelige beregninger af tidlige stjernegangere. Antikke folk, der overvåger sol- og måneformørkelser over Asien og Mellemøsten, lagde grundlaget for fremtidige videnskabelige fremskridt, rapporterer Maya Wei-Haas til Smithsonian.com .
Men selvom vi har afsløret et stort spørgsmål om novaers livscyklus, mener Shara, at der er mere, der skal belyses. ”Går noget af dette system ind i de meget dybeste faser i dvaletilstand, hvor masseoverførselshastigheden bliver tusinder af gange mindre, eller måske endda falder den til nul? Er der et tidspunkt, hvor stjernerne ikke interagerer? Det er en ukendt, ”siger han. Alt, hvad vi ved nu, er, at cyklussen - nova, dvaletilstand, kataklysmisk variabel - gentager sig tusindvis af gange over det binære systems lange levetid.
I slutningen af denne livscyklus mister den kannibaliserede brintstjerne til sidst sin stjernestatus. ”Det bliver en brun dværg, derefter en planet, derefter en klippefyldt kerne af en planet, så er den sandsynligvis strimlet ind i et asteroidebælte, ” siger Shara.
Mens Shara planlægger at fortsætte med at observere himlen for at få mere bevis på, hvad der kommer næste for binære systemer, har han mistanke om, at flere af hans kolleger kan gå i fortiden for at jage novæer. Drake for en synes at være ivrig efter at tage måske. ”Jeg ved ikke, hvor mange der lurer rundt, men jeg er sikker på, at der er flere eksempler i arkiver, der kan følges op, ” siger Drake, som ikke var tilknyttet undersøgelsen. Han tilføjer, at selvom ekso-planeter måske får den største andel af offentlighedens opmærksomhed, er novaer og kataklysmiske variabler virkelig, hvor det er sjovt.
”Stellar evolution og fysikken i, hvordan stjerner interagerer og eksplosionsdynamik - de er virkelig fascinerende systemer at udforske, ” siger han.
