Met behulp van ESO’s Very Large Telescope hebben Europese astronomen voor het eerst aangetoond dat een magnetar – een merkwaardig soort neutronenster – is voortgekomen uit een ster die zeker veertig keer zo zwaar was als onze zon. Dit resultaat is in strijd met bestaande theorieën over de evolutie van sterren: een ster van deze massa zou naar verwachting namelijk een zwart gat moeten zijn geworden, en niet een magnetar. En dat roept de fundamentele vraag op hoe zwaar een ster nu echt moet zijn om een zwart gat te worden.
Om tot hun conclusie te komen, hebben de astronomen gedetailleerd gekeken naar de bijzondere sterrenhoop Westerlund 1, die zich op een afstand van 16.000 lichtjaar in het zuidelijke sterrenbeeld Ara (Altaar) bevindt. Uit eerder onderzoek was al gebleken dat Westerlund 1 de meest nabije ‘supersterrenhoop’ is. Hij bevat honderden zeer zware sterren, waarvan sommige bijna een miljoen keer zo veel licht produceren als onze zon en bijna tweeduizend keer zo groot zijn (oftewel: zo groot als de baan van Saturnus).
‘Als de zon in het hart van deze opmerkelijke sterrenhoop stond, zou onze nachthemel bezaaid zijn met honderden sterren met de helderheid van de volle maan,’ zegt Ben Ritchie, hoofdauteur van het artikel waarin deze resultaten staan.
Westerlund 1 is een fantastische ‘dierentuin’ van de meest uiteenlopende, exotische sterren. Die sterren hebben één ding gemeen: ze zijn vrijwel gelijktijdig ontstaan uit één en hetzelfde stervormingsproces. De sterrenhoop is naar schatting 3,5 tot 5 miljoen jaar oud.
Een magnetar is een soort neutronenster met een ongelooflijk sterk magnetisch veld – duizend biljoen keer zo sterk als dat van de aarde – die ontstaan is nadat een zware ster een supernova-explosie heeft ondergaan. De sterrenhoop Westerlund 1 bevat een van de weinige magnetars in ons melkwegstelsel. Het feit dat hij tot deze sterrenhoop behoort, brengt de astronomen tot de opmerkelijke conclusie dat deze magnetar moet zijn ontstaan uit een ster die zeker veertig keer zo zwaar was als de zon.
Aangezien alle sterren in Westerlund 1 even oud zijn, kan de ster die na zijn ontploffing een magnetar achterliet dus nooit langer hebben geleefd dan de overige sterren in de sterrenhoop. ‘Omdat de levensduur van een ster direct afhankelijk is van zijn massa – hoe zwaarder de ster, des te korter zijn leven – kunnen we er zeker van zijn dat de korter levende ster die magnetar werd nóg zwaarder moet zijn geweest,’ aldus medeauteur en teamleider Simon Clark. ‘Dat is van grote betekenis, omdat er nog geen algemeen aanvaarde theorie bestaat voor de vorming van zulke extreem magnetische objecten.’
Met die wetenschap hebben de astronomen de twee sterren in Westerlund 1 bestudeerd die de bedekkingsveranderlijke dubbelster W13 vormen. De massa’s van de sterren in zo’n dubbelstersysteem kunnen namelijk rechtstreeks worden afgeleid uit hun baanbewegingen.
Uit die massabepaling volgt dat de ster die magnetar is geworden zeker veertig keer zo zwaar moet zijn geweest als onze zon. Daarmee is voor het eerst aangetoond dat magnetars uit sterren kunnen ontstaan die dermate zwaar zijn, dat ze normaal gesproken een zwart gat zouden moeten vormen. Tot nog toe werd verondersteld dat sterren met beginmassa’s van 10 tot 25 zonsmassa’s neutronensterren vormen, en sterren van meer dan 25 zonsmassa’s zwarte gaten.
‘Deze sterren moeten meer dan negentig procent van hun massa kwijtraken voordat zij als supernova exploderen, anders zouden zij een zwart gat vormen,’ zegt mede-auteur Ignacio Negeruela. ‘Zo’n enorm massaverlies vóór de eigenlijke explosie vormt een grote uitdaging voor de bestaande theorieën over de evolutie van sterren.’
‘Dit roept dus de netelige vraag op hoe zwaar een ster moet zijn voordat hij ineenstort tot een zwart gat, als sterren van meer dan veertig zonsmassa’s daar al niet in slagen,’ concludeert mede-auteur Norbert Langer, verbonden aan onder meer de Universiteit Utrecht.
Het ontstaansmechanisme waar de astronomen de voorkeur aan geven, gaat er van uit dat de ster die magnetar werd – de zogeheten voorloper – bij zijn ontstaan in het gezelschap was van een andere ster. In de loop van hun evolutie zou de voorloper enorme hoeveelheden materie aan die begeleider hebben overgedragen. Dat er op dit moment geen ster in de buurt van de magnetar te vinden is, kan komen doordat de vermeende dubbelster door de supernova-explosie gescheiden is, waarna de magnetar en zijn begeleider met hoge snelheid uiteen zijn gegaan.
‘Als dat het geval is, kan dat betekenen dat de massaoverdracht in dubbelstersystemen een sleutelrol speelt bij de evolutie van sterren – bij dit ultieme kosmische ‘afslankplan’ kunnen zware sterren meer dan 95% van hun oorspronkelijke massa kwijtraken,’ besluit Clark.
Meer afbeeldingen op de ESO-website
Astronomen stellen theorieën over de massagrens voor zwarte gaten op de proef
