Zonnestelsels vormen zich als schilderij van Pollock
De Leidse sterrenkundige Simon Portegies Zwart heeft in één klap de oplossing voor twee astronomische problemen gevonden. Met een uitgekleed computermodel verklaart hij hoe sterrenhopen hun structuur krijgen en hoe de ene ster een grotere stofschijf heeft dan de andere ster. Binnenkort publiceert het Britse tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society de bevindingen.
Portegies Zwart deed zijn berekeningen voor het Trapeziumcluster in Orion. Dat is een sterrenhoop op 1400 lichtjaar van de aarde in het bekende sterrenbeeld Orion. De sterrenhoop bevat meer dan duizend sterren in een gebied dat ongeveer vijftien keer zo groot is als ons zonnestelsel. De sterren zijn ongeveer 1 miljoen jaar jong en bevinden zich dicht op elkaar.
Rond een deel van de sterren draaien stofschijven. In deze schijven ontstaan na verloop van tijd planeten. Ook ons zonnestelsel heeft ooit een stofschijf gehad waaruit de planeten zijn gevormd. Wetenschappers kunnen tot nu toe niet goed verklaren waarom sommige sterren een grotere stofschijf hebben dan andere sterren. Ook is niet echt duidelijk hoe een sterrenhoop in de loop der tijd evolueert en wat dat voor invloed heeft op de grootte van de stofschijf.
Complexe simulatie
Portegies Zwart begon met een complexe simulatie om het probleem van sterrenhopen en stofschijven op te lossen: "Ik gebruikte een model met een hele rimram aan processen. Dan moet je denken aan sterevolutie, stralingstransport, overgebleven gaswolken, het zwaartekrachtsveld van de hele Melkweg, et cetera, et cetera."
Vervolgens legde Portegies Zwart zijn model naast 95 sterren en hun stofschijf die door de Hubble Ruimtetelescoop waren bekeken. Het ingewikkelde model bleek goed te werken. Daarna schakelde de sterrenkundige stuk voor stuk bijna alle ingrediënten van het model uit. Uiteindelijk bleven in het model alleen nog de botsingen tussen sterren over.
Uitgekleed model
Tot Portegies Zwarts verbazing bleek ook het uitgeklede model goed met de waarnemingen overeen te komen. Portegies Zwart: "Sterren rukken dus delen van elkaars stofschijven af als ze in de jonge sterrenhoop langs elkaar scheren. En de grootte van een verzameling stofschijven wordt bepaald door botsingen tussen sterren."
Dat is niet alleen mooi voor het model, maar ook voor onderzoek aan andere sterrenhopen en stofschijven. "Als je de schijven van een serie sterren bestudeert, kun je veel leren over de geboorte en de evolutie van jonge sterrenhopen."
Jackson Pollock
Portegies Zwart vond verder nog dat de groottes van de stofschijven in het Trapeziumcluster in Orion het beste worden verklaard als hij de simulatie instelde op een fractale dimensie van 1,6. En daar komen de schilderijen van Jackson Pollock om de hoek kijken. "Number 5 van Pollock heeft een structuur met dezelfde regelmaat als die in de onderzochte sterrenhopen. Dat is dan ook meteen zijn duurste schilderij. Geinig toch!"
De simulatie van sterrenhopen en stofschijven werkte het best als Simon Portegies Zwart (Universiteit Leiden) de parameterwaarde voor de fractale structuur op 1,6 instelde. Dat is vergelijkbaar met schilderij Number 5 van Jackson Pollock uit 1948. (c) Jac
Portegies Zwart deed zijn berekeningen op de aan de Universiteit Leiden gebouwde computer Little Green Machine. Hij kreeg voor zijn onderzoek subsidie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en van de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA).
Grafiek (klik op de afbeelding voor animatie)
Een animatie (klik op de afbeelding voor beweging) van het ontstaan van het Trapeziumcluster, een sterrenhoop in het sterrenbeeld Orion. (c) Simon Portegies Zwart
Een bewegende grafiek met de verdeling van stofschijven in de sterrenhoop in Orion. De rode stippellijn is gebaseerd op de door ruimtetelescoop Hubble waargenomen stofschijven. De blauwe lijn is de lijn uit de simulatie. Tijdens de simulatie schuift de blauwe lijn steeds dichter naar de rode stippellijn. Dat is een signaal dat simulatie en werkelijkheid met elkaar overeenkomen. Op de x-as staat de straal van een stofschijf in astronomische eenheden (een astronomische eenheid is de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon). De y-as geeft aan welk deel van de schijven een bepaalde straal hebben. Bijvoorbeeld: 0,5 deel van de schijven (y-as) hebben een straal van 150 of minder (x-as) en 0,8 deel van de schijven (y-as) hebben een straal van 250 of minder (x-as).
Rechtsonder een animatie van het ontstaan van het Trapeziumcluster, een sterrenhoop in het sterrenbeeld Orion, waarop de grafiek gebaseerd is. Het vierkant is 1 bij 1 parsec (3,3 bij 3,3 lichtjaar). De gele punten zijn sterren met grote stofschijven. De blauwe punten zijn sterren met kleine stofschijven. De rode punten zijn sterren met stofschijven van gemiddelde grootte. De tijd loopt van 1 miljoen jaar geleden tot nu. In de animatie is goed te zien hoe sterren met elkaar botsen. In de loop der tijd zijn er steeds minder gele, grote stofschijven en meer rode, middelmatige stofschijven.
Artikel
Stellar disk destruction by dynamical interactions in the Orion Trapezium star cluster. Simon F. Portegies Zwart, MNRAS, in press. (Gratis preprint)