Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht hebben astronomen de verdwijning opgemerkt van een instabiele massarijke ster in een klein sterrenstelsel. De wetenschappers denken dat dit erop wijst dat de ster minder helder is geworden en deels verduisterd is door stof. Een alternatieve verklaring is dat de ster is ingestort tot een zwart gat, zonder dat daar een supernova-explosie aan vooraf is gegaan. ‘Als dat zo is’, zegt teamleider en promovendus Andrew Allan van het Trinity College Dublin, Ierland, ‘zou dat de eerste directe detectie zijn van een monsterster die zijn leven op deze manier afsluit.’
Tussen 2001 en 2011 is de geheimzinnige zware ster, die deel uitmaakt van het Kinman-dwergstelsel, door verscheidene teams van astronomen onderzocht, en hun waarnemingen wezen erop dat deze zich in zijn eindstadium bevond. Samen met medewerkers uit Ierland, Chili en de VS wilde Allan meer te weten komen over hoe zeer massarijke sterren hun bestaan afsluiten, en het object in de Kinman-dwerg leek het perfecte onderzoeksobject. Maar toen zij ESO’s VLT in 2019 op het verre sterrenstelsel richtten, konden zij de karakteristieke signaturen van de ster niet meer terugvinden. ‘Tot onze verrassing kwamen we erachter dat de ster verdwenen was!’, zet Allan, die leiding gaf aan het onderzoek waarvan de resultaten vandaag in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society zijn gepubliceerd. Met een afstand van circa 75 miljoen lichtjaar is het Kinman-dwergstelsel in het sterrenbeeld Waterman zo ver weg, dat astronomen het niet in afzonderlijke sterren kan oplossen. Wel kunnen ze de signaturen van sommige van deze sterren registreren.
Tussen 2001 en 2011 vertoonde het licht van het sterrenstelsel consistent aanwijzingen dat zich hierin een ‘lichtsterke blauwe variabele’ ster bevond die ongeveer 2,5 miljoen keer zo helder was als de zon. Sterren van dit type zijn instabiel en vertonen soms dramatische veranderingen, zowel in hun spectra als in helderheid. Maar zelfs dán laten lichtsterke blauwe variabelen specifieke sporen achter waaraan wetenschappers ze kunnen herkennen. In de gegevens die het onderzoeksteam in 2019 heeft verzameld ontbraken deze sporen echter, wat de vraag oproept wat er met de ster is gebeurd. ‘Dat zo’n massarijke ster verdwijnt zonder een heldere supernova-explosie te hebben geproduceerd, zou uitermate ongebruikelijk zijn’, zegt Allan. De astronomen hebben in augustus 2019 om te beginnen het ESPRESSO-instrument op de ster gericht, waarbij de vier 8-meter telescopen van de VLT gelijktijdig werden gebruikt. Ze konden de sporen die op het bestaan van de heldere ster wezen echter niet terugvinden. Een paar maanden later deed het team een nieuwe poging, ditmaal met het X-shooter-instrument, ook van ESO’s VLT. En opnieuw bleef de ster spoorloos.
‘Mogelijk hebben we een van de meest massarijke sterren in het lokale heelal als een nachtkaars zien uitgaan’, zegt teamlid Jose Groh, ook van het Trinity College Dublin. ‘Onze ontdekking zou niet mogelijk zijn geweest zonder de krachtige 8-meter telescopen van ESO, hun unieke instrumentatie en de snelle toegang daartoe in vervolg op de recente toetreding van Ierland tot ESO.’ Ierland is pas sinds september 2018 lidstaat van ESO. Vervolgens pakte het team er oudere gegevens bij die met X-shooter en het UVES-instrument van ESO’s VLT, die in de Chileense Atacama-woestijn staat, en telescopen elders zijn verkregen. ‘De ESO Science Archive Facility stelde ons in staat om gegevens van hetzelfde object te vinden die in 2002 en 2009 waren verzameld’, zegt Andrea Mehner, stafastronoom bij ESO in Chili, die aan het onderzoek heeft meegewerkt. ‘Met name de vergelijking van de hoge-resolutie UVES-spectra uit 2002 met onze gegevens die in 2019 met ESO’s nieuwste hoge-resolutie spectrograaf ESPRESSO zijn verzameld waren veelzeggend – zowel in astronomisch als in instrumenteel opzicht.’ De oude gegevens wezen erop dat de ster in de Kinman-dwerg mogelijk een krachtige uitbarsting heeft ondergaan, die waarschijnlijk ergens na 2011 is geëindigd. Lichtsterke blauwe variabelen zoals deze vertonen in de loop van hun bestaan vaak reusachtige uitbarstingen, waardoor ze in korte tijd veel massa kwijtraken en hun helderheid sterk toeneemt.
Op basis van hun waarnemingen en modelberekeningen komen de astronomen tot twee suggesties die de verdwijning van de ster en het ontbreken van een supernova in relatie tot deze mogelijke uitbarsting kunnen verklaren. Mogelijk is de lichtsterke blauwe variabele door de uitbarsting veranderd in een minder heldere ster, die ook nog eens deels door stof wordt verduisterd. Een andere mogelijkheid is dat de ster is ineengestort tot een zwart gat, zonder dat daar een supernova-explosie aan voorafging. Dat zou een zeldzame gebeurtenis zijn: volgens de huidige inzichten sluiten zware sterren hun bestaan af met een supernova. Er is meer onderzoek nodig om vast te kunnen stellen welk lot de ster heeft ondergaan. ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die volgens plan in 2025 in bedrijf komt, kan sterrenstelsels zoals de Kinman-dwerg in afzonderlijke sterren scheiden, wat de oplossing van dit kosmische mysterie dichterbij kan brengen.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘The possible disappearance of a massive star in the low metallicity galaxy PHL 293B’, dat vandaag in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society is gepubliceerd.
Het onderzoeksteam bestaat uit Andrew Allan (School of Physics, Trinity College Dublin, Ireland [TCD]), Jose J. Groh (TCD), Andrea Mehner (Europese Zuidelijke Sterrenwacht, Chili), Nathan Smith (Steward Observatory, Universiteit van Arizona, VS [Steward Observatory]), Ioanna Boian (TCD), Eoin Farrell (TCD), Jennifer E. Andrews (Steward Observatory).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en verreweg de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili, met Australië als strategische partner. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT) en haar toonaangevende Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen – VISTA, die in het infrarood werkt, en de op zichtbare golflengten opererende VLT Survey Telescope. Ook op Paranal zal ESO onderkomen bieden aan en het beheer voeren over de Cherenkov Telescope Array South, ’s werelds grootste en meest gevoelige observatorium van gammastraling. ESO speelt tevens een belangrijke partnerrol bij twee faciliteiten op Chajnantor, APEX en ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Extremely Large Telescope, de ELT, die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
