Een vervuilende superzware ster zou weleens de oorzaak kunnen zijn van de raadselachtige verscheidenheid van sterren in oude bolhopen. Dat stelt een internationaal team van astronomen met grote Nederlandse inbreng aan de hand van waarnemingen en simulaties. De onderzoekers publiceren hun bevindingen vandaag in het vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Sterrenkundigen zoeken al vijftig jaar naar het antwoord op de vraag waarom de sterren in oude bolvormige sterrenhopen van de Melkweg anders zijn samengesteld dan de omliggende sterren. De chemische elementen die bij de sterren zijn gevonden, kunnen bijvoorbeeld niet door de sterren zelf gemaakt zijn, want daarvoor is de temperatuur in hun centrum te laag. Ook twee geboortegolven van sterren met verschillende samenstelling of een samengaan van meedere bolhopen strookt niet met de waarnemingen.
Een internationaal team van onderzoekers heeft nu een model doorgerekend dat ervan uitgaat dat elke bolhoop een superzware ster vormt. De superzware ster kan meer dan tienduizend keer zo zwaar worden als onze zon. De temperatuur in zulke sterren is wel hoog genoeg om de waargenomen chemische elementen te verklaren. De onderzoekers laten zien dat de superzware ster kan ontstaan doordat in het midden van de sterrenhoop de sterren zo dicht op elkaar zitten dat in korte tijd lichtere sterren samensmelten. Vervolgens slokt de superzware ster nog meer sterren op. Daardoor wordt de ster steeds heter vanbinnen. Daardoor ontstaan in de superzware ster nieuwe elementen. Door stromingen in de ster komen die elementen aan het oppervlak en worden daar met de buitenlagen uitgespuwd. Uit dat gas ontstaan nieuwe sterren met de waargenomen vreemde samenstelling.
Het model is het eerste dat de vorming van superzware sterren linkt aan bolvormige sterrenhopen. De Nederlandse hoofdonderzoeker Mark Gieles (University of Surrey, Verenigd Koninkrijk) licht toe: "De superzware ster werkt als een transportband: hij eet als het ware lichte sterren, zet een deel van hun gas om in andere elementen en spuwt ze dan weer uit. Zo besmet hij de sterren in de omgeving. Het mooie van ons model is dat het ook nog eens gebeurt in de verhoudingen die we in het echt waarnemen."
Medeauteur Henny Lamers, emeritus hoogleraar sterrenkunde aan de Universiteit van Amsterdam, legt uit hoe de expertises van de onderzoekers elkaar aanvullen. "Het team van Mark Gieles, die ooit bij mij promoveerde, bestudeert de dynamica van sterren en sterrenhopen. Nate Bastian, ook een oud-promovendus van mij, en nu werkzaam in Liverpool is expert in waarnemingen van sterrenhopen en hun chemische samenstelling. Ikzelf heb jarenlang onderzoek gedaan naar sterren die hun buitenlagen uitstoten. Met Corinne Charbonel en haar Zwitserse collega's die de chemische evolutie van sterren kunnen berekenen, heb ik altijd veel samengewerkt."
Het nieuwe model kan veel verklaren, maar het is volgens de onderzoekers nog onduidelijk waarom de verscheidenheid van sterren alleen zichtbaar is in bolhopen ouder dan twee miljard jaar. Ook merken zij op dat er nog geen superzware sterren zijn waargenomen in bolhopen. Maar dat kan ook bijna niet, want die sterren leven maar kort, dus ze bestaan niet meer in oude sterhopen. De onderzoekers willen de komende tijd gedetailleerdere berekeningen uitvoeren met meer sterren. Bovendien willen de onderzoekers een aantal voorspellingen van het model bewijzen met waarnemingen.
Wetenschappelijke publicatie
Concurrent formation of supermassive stars and globular clusters: implications for early self-enrichment. Door: Mark Gieles (1), Corinne Charbonnel (2, 3), Martin G.H. Krause (4), Vincent Hénault-Brunet (5,6), Oscar Agertz (7), Henny J.G.L.M. Lamers (8), Nathan Bastian (9), Alessia Gualandris (1), Alice Zocchi (10,11), James A. Petts (1). 1. University of Surrey, Verenigd Koninkrijk. 2. University of Geneva, Zwitserland. 3. IRAP, UMR 5277, CNRS and Université de Toulouse, Frankrijk. 4. University of Hertfordshire, Verenigd Koninkrijk. 5. National Research Council, Herzberg Astronomy & Astrophysics, Canada. 6. Radboud Universiteit, Nederland. 7. Lund University, Zweden. 8. Universiteit van Amsterdam, Nederland. 9. Liverpool John Moores University, Verenigd Koninkrijk. 10. Università degli Studi di Bologna, Italië. 11 ESTEC, Nederland. In MNRAS, 2018 (gratis preprint)
Video
Op deze animatie is te zien dat als veel sterren in elkaars buurt zijn, ze elkaar kunnen beïnvloeden en zelfs kunnen botsen.
Credit: Mark Gieles/University of Surrey
Link: https://youtu.be/fzlXhYcxmGc
Vervuilende superzware ster zorgt voor diversiteit in oude bolhoop
