Met de ontdekking van een dubbelster bestaande uit een pulserende cepheïde en een andere ster die elkaar beurtelings bedekken, heeft een internationaal team van astronomen een decennia oud raadsel opgelost. De bijzondere stand van de banen van de beide sterren maakte het mogelijk om de massa van de cepheïde met ongekende nauwkeurigheid te bepalen. Tot nog toe beschikten astronomen over twee onverenigbare theoretische voorspellingen voor de massa’s van cepheïden. Uit het nieuwe resultaat blijkt dat de voorspelling van het stellaire pulsatiemodel juist is, terwijl de voorspelling van de stellaire evolutietheorie ernaast zit.
De nieuwe resultaten, afkomstig van een team onder leiding van Grzegorz Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chili; Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, Polen), verschijnen op 25 november 2010 in het tijdschrift Nature.
Grzegorz Pietrzyński over zijn opmerkelijke resultaat: ‘Met behulp van het HARPS-instrument van de 3,6-meter telescoop van de ESO-sterrenwacht op La Silla in Chili, en andere telescopen, hebben we de massa van een cepheïde veel nauwkeuriger dan voorheen kunnen meten. Dankzij dit nieuwe resultaat kunnen we direct zien welke van de twee concurrerende theorieën voor het voorspellen van de massa’s van cepheïden juist is.’
Klassieke cepheïden, doorgaans kortweg cepheïden genoemd, zijn onstabiele sterren die veel groter en helderder zijn dan de zon. Ze zwellen op en trekken samen, waarbij een regelmatige cyclus van enkele dagen tot maanden wordt gevolgd. De tijd die het duurt om helderder en weer zwakker te worden, is het langst voor de cepheïden die de grootste lichtkracht hebben en korter voor de zwakkere exemplaren. Dit opmerkelijk exacte verband maakt het onderzoek van cepheïden tot een van de meest efficiënte manieren om afstanden tot nabije sterrenstelsels te meten en van daaruit de schaal van het complete heelal in kaart te brengen.
Helaas worden cepheïden, ondanks hun belangrijke functie, nog niet goed begrepen. Voorspellingen van hun massa’s op basis van de theorie van pulserende sterren komen twintig tot dertig procent lager uit dan de voorspellingen van de theorie van de sterevolutie. Dit beschamende verschil is al bekend sinds de jaren zestig van de afgelopen eeuw.
Om dit raadsel te kunnen oplossen, moesten astronomen een dubbelster van een cepheïde en een andere ster vinden waarvan het baanvlak vanaf de aarde van opzij wordt gezien. In dat geval vermindert de totale helderheid van de dubbelster zodra de ene ster voor de andere langs trekt, en omgekeerd. Bij zulke zogeheten eclipserende dubbelsterren of bedekkingsveranderlijken kunnen astronomen de massa’s van de beide sterren zeer nauwkeurig bepalen. Helaas zijn zowel cepheïden als eclipserende dubbelsterren nogal schaars. De kans dat een combinatie van die twee zou worden gevonden, leek dus erg klein. In ons eigen Melkwegstelsel is er niet één bekend.
Wolfgang Gieren, een ander lid van het team, vervolgt: ‘Heel onlangs vonden we dan echt het gedroomde dubbelstersysteem tussen de sterren van de Grote Magelhaense Wolk. Het bevat een cepheïde die met een periode van 3,8 dagen pulseert. De andere ster is iets groter en koeler, en de twee draaien in 310 dagen om elkaar. Het dubbele karakter van de ster werd onmiddellijk bevestigd toen we hem bekeken met de HARPS-spectrograaf op La Silla.’
De astronomen hebben de helderheidsvariaties van dit zeldzame object, dat de aanduiding OGLE-LMC-CEP0227 draagt, nauwkeurig gemeten. Daarnaast hebben zij met HARPS en andere spectrografen de bewegingen van de beide sterren van de aarde af en naar de aarde toe gemeten, dat wil zeggen: zowel de baanbewegingen van de beide sterren als de op en neer gaande beweging van het oppervlak van de pulserende cepheïde.
Deze zeer volledige en gedetailleerde gegevens maken het mogelijk om de baanbewegingen, afmetingen en massa’s van de beide sterren met zeer grote nauwkeurigheid te meten – veel nauwkeuriger dan ooit eerder bij een cepheïde is gelukt. De massa van de cepheïde is nu tot op ongeveer één procent bekend en komt exact overeen met de voorspelling van de stellaire pulsatietheorie. De grotere massa die door de stellaire evolutietheorie wordt voorspeld wijkt daar aanzienlijk van af.
De sterk verbeterde massabepaling is slechts een van de resultaten van dit onderzoek, en het team hoopt nog meer van deze uiterst nuttige dubbelsterren te kunnen opsporen, om nog meer uit deze methode te halen. De onderzoekers denken dat zij met zulke dubbelsterren uiteindelijk in staat zullen zijn om de afstand tot de Grote Magelhaense Wolk tot op één procent nauwkeurig vast te stellen. Dat laatste zou in een zeer belangrijke verbetering van de kosmische afstandsschaal resulteren.
Zie ook de ESO-website
Raadsel van pulserende sterren opgelost
