Astronomen verwachten dat sterren zoals de zon aan het eind van hun leven een groot deel van hun atmosferen de ruimte in blazen. Maar nieuwe waarnemingen van een grote sterrenhoop, gedaan met ESO’s Very Large Telescope, hebben – tegen alle verwachtingen in – laten zien dat de meeste van de onderzochte sterren dat stadium simpelweg niet hebben bereikt.
Het internationale onderzoeksteam heeft ontdekt dat er een duidelijk verband bestaat tussen de hoeveelheid natrium in de sterren en de manier waarop zij hun leven hebben beëindigd. Jarenlang zijn astronomen ervan uitgegaan dat ze de manier waarop sterren evolueren en sterven goed begrijpen. Gedetailleerde computermodellen voorspelden dat sterren van een vergelijkbare massa als de zon aan het eind van hun leven een fase meemaken – de zogeheten asymptotische reuzentak of AGB [1] – waarin ze een laatste uitbarsting van nucleaire verbranding ondergaan en een groot deel van hun massa afstoten in de vorm van gas en stof.
Dit uitgestoten materiaal [2] vindt zijn weg naar volgende generaties van sterren, en deze kringloop van massaverlies en wedergeboorte is cruciaal voor de chemische ontwikkeling van het heelal. Dit is ook het proces dat in het materiaal voorziet dat nodig is voor de vorming van planeten en zelfs voor het ontstaan van organisch leven.
Maar toen de Australische sterevolutie-deskundige Simon Campbell van het Monash University Centre for Astrophysics in Melbourne oude wetenschappelijke artikelen naliep, ontdekte hij intrigerende aanwijzingen dat sommige sterren zich op de een of andere manier niet aan de regels houden en de AGB-fase helemaal overslaan.
‘Voor iemand die zich met stermodellen bezighoudt is dat een bespottelijke gedachte!’, zegt Campbell. ‘Volgens onze modellen doorlopen alle sterren de AGB-fase. Ik controleerde de oude onderzoeken nog eens goed, maar moest vaststellen dat dit niet goed onderzocht was. Hoewel ik geen ervaren waarnemer ben, besloot ik zelf een onderzoek te starten.’
Campbell en zijn team gebruikten ESO’s Very Large Telescope (VLT) om heel nauwkeurig het licht van sterren in de bolvormige sterrenhoop NGC 6752 in het zuidelijke sterrenbeeld Pauw te bestuderen. Deze grote samenballing van oude sterren bevat zowel een eerste generatie van sterren als een generatie die iets later is ontstaan [3]. De beide generaties onderscheiden zich door de hoeveelheid natrium die zij bevatten – een grootheid die met de zeer hoogwaardige VLT-gegevens kan worden gemeten.
‘FLAMES, de hoge-resolutie spectrograaf van de VLT, was het enige instrument dat ons in staat stelde om heel nauwkeurige gegevens van 130 sterren tegelijk te verkrijgen. En dat maakte het mogelijk om een groot gedeelte van de bolvormige sterrenhoop in één keer te onderzoeken’, aldus Campbell.
De resultaten waren verrassend: alle AGB-sterren in het onderzoek waren sterren van de eerste generatie met een laag natriumgehalte. Geen van de natriumrijkere sterren van de tweede generatie had het AGB-stadium bereikt. Maar liefst zeventig procent van de sterren kwam niet toe aan de fase van een laatste nucleaire opleving en massaverlies [4] [5].
‘Het lijkt er op dat sterren een natriumarm ‘dieet’ moeten volgen om op hoge leeftijd de AGB-fase te kunnen bereiken. Deze observatie is om verschillende redenen van belang. Deze sterren zijn de helderste sterren in bolvormige sterrenhopen – het aantal helderste sterren zal dus 70% kleiner zijn dan de theorie voorspelt. En het betekent ook dat onze computermodellen van sterren onvolledig zijn en bijgesteld moeten worden!’, besluit Campbell.
Het team van Campbell verwacht dat andere sterrenhopen soortgelijke resultaten zullen laten zien en heeft vervolgwaarnemingen gepland.
Noten
[1] AGB-sterren danken hun vreemde benaming aan hun positie in het Hertzsprung-Russell-diagram – een grafiek waarin de helderheden van sterren tegen hun kleuren zijn uitgezet.
[2] Gedurende een korte periode wordt het uitgestoten materiaal aan het gloeien gebracht door de sterke ultraviolette straling van de ster. Dat resulteert in een zogeheten planetaire nevel (zie bijvoorbeeld eso1317).
[3] Hoewel alle sterren in een bolvormige sterrenhoop ongeveer gelijktijdig zijn ontstaan, is inmiddels vast komen te staan dat deze sterrenhopen niet zo eenvoudig in elkaar zitten als lang werd gedacht. Ze bevatten doorgaans twee of meer populaties van sterren met verschillende hoeveelheden lichte chemische elementen zoals koolstof, stikstof en – cruciaal voor dit nieuwe onderzoek – natrium.
[4] Vermoed wordt dat sterren die de AGB-fase overslaan rechtstreeks tot heliumrijke witte dwergsterren evolueren en in de loop van de miljarden jaren geleidelijk afkoelen.
[5] Het is niet zo dat het natrium zelf verantwoordelijk wordt gehouden voor het afwijkende gedrag. Wel moet er een duidelijk verband bestaan tussen het natriumgehalte en de werkelijke onderliggende oorzaak, die nog onbekend is.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘Sodium content as a predictor of the advanced evolution of globular cluster stars’ van Simon Campbell et al., dat op 29 mei 2013 online verschijnt in het tijdschrift Nature.
Het onderzoeksteam bestaat uit Simon W. Campbell (Monash University, Melbourne, Australië), Valentina D’Orazi (Macquarie University, Sydney, Australië; Monash University), David Yong (Australian National University, Canberra, Australië [ANU]), Thomas N. Constantino (Monash University), John C. Lattanzio (Monash University), Richard J. Stancliffe (ANU; Universität Bonn, Duitsland), George C. Angelou (Monash University), Elizabeth C. Wylie-de Boer (ANU), Frank Grundahl (Aarhus University, Denemarken).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. 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), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
Bron: ESO
