Att studera olika himlakroppar nära Vintergatans centrum är en utmaning. Sikten är skymd av täta gas- och stoftmoln, och dessutom är stjärntätheten extremt hög vilket gör området svårt att navigera. I en alldeles färsk studie har ett forskarlag, som bland andra inkluderar Populär astronomis egen Rebecca Forsberg vid Lunds universitet, tittat närmare på tre stjärnor längst där inne, stjärnor som inte riktigt vill passa in i de gängse mallarna (pressmeddelande här och forskningsartikeln här).

Stjärnor återfinns ofta i olika typer av stjärnhopar. Öppna stjärnhopar är förhållandevis unga, spridda i den galaktiska disken, och innehåller uppemot några tusen stjärnor; klotformiga stjärnhopar är däremot gamla, kretsar i galaxens ytterområden, och kan samla någon miljon stjärnor. De stjärnor Forsbergs forskarlag, under ledning av Brian Thorsbro, nu studerat återfinns i en tredje kategori, en så kallad nukleär stjärnhop (eng: Nuclear Star Cluster, NSC). Kategorin var ny för mig, så jag bad Rebecca Forsberg förklara:  

– Den nukleära stjärnhopen befinner sig i Vintergatans mitt och omsluter det supertunga svarta hålet i centrum, berättar hon. Unik i sitt slag kan den ses som en extrem form av de klotformiga stjärnhoparna. Den är gammal, bestående av cirka 10 miljoner stjärnor, men är samtidigt i samma radiella storleksordning som en klotformig stjärnhop. Det gör den nukleära stjärnhopen extremt tät på stjärnor, och därför spännande att studera då vi inte vet riktigt hur den har bildats. Detta trots att majoriteten av galaxer som liknar Vintergatan verkar ha en nukleär stjärnhop i sitt centralområde.

This beautiful image of the Milky Way’s central region, taken with the HAWK-I instrument on ESO’s Very Large Telescope, shows interesting features of this part of our galaxy. This image highlights the Nuclear Star Cluster (NSC) right in the centre and the Arches Cluster, the densest cluster of stars in the Milky Way. Other features include the Quintuplet cluster, which contains five prominent stars, and a region of ionised hydrogen gas (HII).
Bilden visar Vintergatans centralparti. I mitten av bilden syns den nukleära stjärnhopen från vilken forskarlaget hämtat sina tre stjärnor. Innanför denna döljer sig Vintergatans supertunga svarta hål. Bild: ESO/VLT.

Tidigare studier hade pekat ut tre stjärnor i den nukleära stjärnhopen som sannolikt ovanligt unga, något som pekar på att nybildning av stjärnor fortfarande pågår vid Vintergatans centrum. Forskarlaget har använt Keck II-teleskopet på Hawaii, vilket kan observera i infrarött ljus, något som är nödvändigt för att se igenom de gas- och stoftmoln som ligger i vägen, för att försöka bestämma åldern på dessa stjärnor. Det har då visat sig att en av stjärnorna är ca 1,5 miljard år gammal (solen är ungefär 4,6 miljarder år), den är alltså förhållandevis ung, men inte jätteung. De andra två är däremot, och med astronomiska mått mätt, verkliga nykomlingar, någonstans mellan 100 och 400 miljoner år gamla.

Utöver att åldersbestämma stjärnorna har man också mätt deras metallicitet. Termen är lite missvisande, men anger hur stor del av en stjärnas massa som utgörs av grundämnen tyngre än väte och helium. Värdet är viktigt då det bland annat kan säga något om hur en stjärna passar in i större utvecklingsmönster. I just detta fall förvånades forskarna av spridningen i metallicitet mellan den tre stjärnorna, vilket antyder att de har bildats på helt olika sätt. En av dem – den lite äldre av de tre – skulle till och med kunna vara en så kallad ”blue straggler” (ungefär blå eftersläntrare).

Rebecca Forsberg är astronom och verksam vid Lunds universitet. Bild: Lunds universitet.

– ”Blue stragglers” är stjärnor som dragit åt sig massa från en annan stjärna, antingen från följeslagare i ett bundet binärt system eller genom en fysisk kollision, förklarar Rebecca Forsberg. Stjärnan i ett sådant system tycks då, när den tolkas som ett enstjärnigt system, vara mycket yngre än den faktiskt är. Genom modellering av stjärnutveckling, som jag bad vår kollega Ross Church om hjälp med, ter det sig som om att den mest järnfattiga av de tre stjärnorna skulle kunna vara en ”blue straggler”, men att bekräfta detta med vidare observationer är väldigt svårt. 

Att man nu bestämt ålder, massa och metallicitet på tre stjärnor i den nukelära stjärnhopen vid Vintergatans centrum, kanske låter trivialt, men det är en viktig pusselbit i arbetet med att förstå hur detta område har bildats.  

– Vi vet inte hur nukleära stjärnhopar bildas, vilket jag tycker är spännande i sig, säger Rebecca Forsberg. Det finns flera hypoteser, så som att stjärnhopen skulle bildats någon annanstans i galaxen och bli fångad av det centrala svarta hålet. En annan hypotes är att flera klotformiga stjärnhopar kolliderat, smält samman och migrerat inåt i galaxen. Genom att studera stjärnornas åldrar och kemi, som vi gjort i vår studie, kan vi begränsa möjliga bildningsscenarion. Vi kan också lära oss mer om hur dessa exotiska och extremt stjärntäta områden fungerar. 

Det behövs alltså mer forskning innan denna fråga kan lösas. På väg dit kommer vi att lära oss mer om Vintergatans spännande naturhistoria.