Hoe slaagt een bolvormige ster erin zich op te blazen tot een rechthoekige gaswolk? Een recente studie met de Hubble Ruimtetelescoop van de 'Rode Rechthoek'-nevel (HD 44179) lijkt dit raadsel slechts te compliceren, omdat er vanuit het centrum ook nog 'traptreden' naar de randen lopen. Toch kunnen theoretici het ontstaan van deze bizarre structuur in de computer simuleren en verklaren.
In de Hubble-opnamen blijkt de nevel eigenlijk de vorm van een deels opgevulde X te hebben.Teamleider Hans Van Winckel van de Katholieke Universiteit Leuven: 'De structuur van de Rode Rechthoek is verbazingwekkend complex. Het meest indrukwekkend vind ik de treden van de ladder. In feite zijn dit de randen van gas-kegels, als een serie in elkaar passende wijnglazen die tot de rand gevuld zijn met gas.'
Astronomen interpreteren dit soort nevels als het product van een centrale ster die op het eind van z'n leven z'n buitenste lagen de ruimte in blaast. De uitstoot gebeurt vaak niet egaal in alle richtingen omdat de ster omringd wordt door een dikke schijf van gas en stof die de uitstoot in dat vlak tegenhoudt. Deze uitstoot is een normale fase in de levenscyclus van sterren, waarbij een groot deel van de nieuwe, door kernfusie gevormde chemische elementen weer in de ruimte terecht komt. Hieruit kan later een volgende generatie sterren en planeten ontstaan. Het leven op aarde - en waarschijnlijk overal in het heelal - bestaat uit die via het binnenste van een ster 'gerecyclede' materie: we zijn letterlijk van sterrenstof gemaakt.
De Rode Rechthoek laat zien dat deze laatste levensfase van een ster verre van simpel kan zijn. Achter de donkere stofband die in het centrum van de Hubble-opname zichtbaar is, verschuilen zich twee sterren die in ongeveer 10 maanden om elkaar heen draaien (op ongeveer de afstand aarde-zon), waarvan er een z'n buitenlagen afstoot. De 'traptreden' zijn waarschijnlijk ontstaan door opeenvolgende erupties. Als een roker die kringetjes blaast, stoot de ster elke paar eeuwen vanuit de centrale stof-schijf een grote hoeveelheid gas uit. Toevallig kijken wij vanaf de aarde precies tegen de rand van de kringen aan.
Het afstoten van de buitenste lagen is ongeveer 14.000 jaar geleden begonnen. In de komende paar duizend jaar zal de ster kleiner en heter worden, zo heet dat hij vooral UV-licht gaat uitstralen, waardoor de omringende nevel gaat fluoresceren. Dan ontstaat een zogeheten planetaire nevel (die overigens niets met eventuele planeten bij de ster te maken heeft). Hoewel nog niet alles verklaard is, volgt de structuur van de Rode Rechthoek tot in detail uit computermodellen zoals die onder andere door de Leidse astrofysicus Vincent Icke ontwikkeld werden. Al in 1981 lieten Icke en collega's zien dat een bolvormige uitstoot vanaf een ster die is omringd door een stofschijf, leidt tot de karakteristieke twee-lobbige vorm van veel planetaire nevels. De explosieve groei in de capaciteit en snelheid van computers sindsdien maakte het recent mogelijk om deze simulaties verder te verfijnen. Door een aantal parameters geschikt te kiezen, rolt een vrijwel exacte reproductie van de Rode Rechthoek en z'n ontstaansgeschiedenis uit de computer.
Icke: ' De doodsstrijd van een ster is een gewelddadig, maar toch delicaat proces. Het vergt inzicht in zeer uiteenlopende takken van de natuurkunde. Al die effecten worden meegenomen in een computer-programma, dat we een groot aantal keren laten draaien, om een scala aan omstandigheden te simuleren. Door de resultaten te vergelijken met bekende aardse fysica, weten we of het programma klopt. Het is net alsof we een computer-programma om het weer op aarde te voorspellen, op de atmosfeer van Mars toepassen.'
Het volledige verslag van dit onderzoek verscheen in The Astrophysical Journal, april 2004: 'Hubble Space Telescope imaging of HD 44179, the Red Rectangle'
Meer informatie over de computersimulaties (met illustraties en animaties)
Meer informatie over de Hubble waarnemingen.
Contactadressen:
Vincent Icke
Universiteit Leiden
icke@strw.leidenuniv.nl
Hans van Winckel
Katholieke Universiteit Leuven
Hans.VanWinckel@ster.kuleuven.ac.be