Tähti jollaista ei pitäisi olla

Kuvan keskellä oleva nuoli
osoittaa tähteen, jollaista
ei pitäisi olla olemassa.
Kuva ESO/SDSS2.

Tähtien koko ja kemiallinen koostumus vaihtelevat hyvin paljon. Helposti voisi ajatella, että kaikenlaiset tähdet ovat mahdollisia, mutta joitakin rajoituksia kuitenkin on. Näin siis teoriassa, käytännössä rajoitukset näyttävän rikkoutuvan.

Leijonan tähdistössä oleva tähti SDSS J102915+172927[1] on yksi näistä poikkeuksellisen erikoisista tähdistä. Poikkeama yleisestä linjasta on niin suuri, että tällaista tähteä ei pitäisi edes olla olemassa. Tähden erikoisuus on siinä, että se on massaltaan noin 0,8 auringonmassainen ja kemiallisesti se koostuu vain vedystä ja heliumista. Spektritutkimuksissa näiden kahden alkuaineen lisäksi tähdestä löytyy vain äärimmäisen pieni määrä[2] kalsiumia.

Tähtitieteessä vetyä ja heliumia raskaampia alkuaineita kutsutaan yhteisellä nimellä ”metallit”. Alkuräjähdyksen jälkeen maailmankaikkeudessa metalleja ei juuri ollut, ainoastaan litiumia (ja berylliumia) oli aavistuksen verran. Näin ollen ensimmäiset tähdet olivat ”metalliköyhiä” ja nykyisen käsityksen mukaan valtavan kokoisia[3].

Suuren massansa vuoksi ensimmäiset tähdet päätyivät supernoviksi hyvin nopeasti ja supernovan räjähdyksessä syntyvät raskaat alkuaineet joutuivat myöhemmin syntyneisiin tähtiin, joista ne ovat edelleen havaittavissa. Metallit rikastuivat tähtisukupolvesta toiseen ja kaikkein nuorimmat tähdet ovat ”metallirikkaita”.

SDSS J102915+172927 -tähti on siis ”metalliköyhä” ja niinpä tutkijat ovat päätelleet sen iäksi jopa 13 miljardia vuotta. Tähti on massaltaan niin pieni, että sen muodostuminen nykyisten teorioiden valossa olisi mahdotonta. Tähdet muodostuvat avaruuden kaasu- ja pölypilvissä luhistumalla. Luhistuminen kuitenkin kohottaa ytimen lämpötilaa ja painetta niin nopeasti, että tiivistyminen päättyisi jo ennen kuin tiivistymiskeskuksesta olisi tullut oikea tähti, jos sen koostumus ei ole oikeanlainen. 

Jotta luhistuminen voisi jatkua tähden muodostumiseen asti, ytimestä täytyisi poistaa ylimääräistä energiaa säteilemällä infrapunaisella aallonpituudella. Metalliköyhissä tähdissä ei kuitenkaan ole ainetta, joka voisi tehdä sen riittävän tehokkaasti. Ylimääräisen energian säteilijöinä toimivat metallit, erityisesti tiivistymisen alkuvaiheessa vesihöyry ja myöhemmin muut raskaammat a metallit. 

SDSS J102915+172927 -tähdessä ei ole edes sen vertaa litiumia, että se voitaisiin havaita. Tämä on kummalista, sillä havainto ei ole selitettävissä kuin sillä, että litium on tuhoutunut tähden toiminnan seurauksena. Toisaalta, näin kevyellä tähdellä ei ole olemassa mekanismia litiumin tuhoamiseen. Mysteeri siis vaatii kovasti työtä ratketakseen. SDSS J102915+172927 -tähti ei ole ainoa omassa luokassaan, sillä tutkijat ovat löytäneet muutamia vastaavia tähtiä muitakin[4], joista osa on vielä pienempimassaisia.

Huomautukset

[1] SDSS luettelo on Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ja numero muodostuvat kohteen koordinaateista.

[2] noin 1/20 000 Auringon kalsiummäärästä.

[3] Ensimmäisten tähtien massa on esitetty kasvaneen hyvin suureksi lähinnä maailmankaikkeuden täyttäneen aineen nykyistä korkeammasta lämpötilasta johtuen. Tietokonesimulaatiot osoittavat, että silloin olisi mahdollista syntyä useita satoja kertoja Aurinkoa massiivisempia tähtiä. 

Toisaalta jotkut tutkijat ovat esittäneet, että ensimmäiset tähdet olisivat olleet hyvin pieniä, joiden tiivistymiseen maailmankaikkeuden pimeä aine olisi vaikuttanut tavalla tai toisella. Tällaisia tähtiä sen paremmin kuin jättimäisiä (ensimmäisiä) tähtiä ei kuitenkaan ole havaittu.

[4] Populaatio III tähtiä, esimerkiksi HE0107-5240 ja HE1327-2326 joiden metallipitoisuudet ovat 1/200 000 ja 1/300 000 Auringon metallipitoisuudesta.