Persbericht

Sterren: nu nóg groter

21 juli 2010

Met behulp van een combinatie van instrumenten van ESO’s Very Large Telescope hebben astronomen de zwaarste sterren ontdekt die tot nog toe zijn waargenomen. Een van de sterren was bij geboorte 300 keer zo zwaar als de zon – tweemaal de vermeende massalimiet van 150 zonsmassa’s. Het bestaan van deze monsters – die miljoenen malen zo veel licht uitzenden als de zon en massa verliezen in de vorm van krachtige deeltjeswinden – brengt het antwoord op de vraag hoe zwaar sterren kunnen worden dichterbij.

Een team astronomen onder leiding van Paul Crowther, hoogleraar astrofysica aan de Universiteit van Sheffield, heeft ESO’s Very Large Telescope (VLT) en archiefgegevens van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA gebruikt om twee jonge sterrenhopen, NGC 3603 en RMC 136a, gedetailleerd te onderzoeken. NGC 3603 is het product van een kosmische fabriek op een afstand van 22.000 lichtjaar, die in hoog tempo sterren produceert uit een uitgestrekte nevel van gas en stof (eso1005). RMC 136a (beter bekend als R136) is een verzameling van zware, hete sterren in de Tarantulanevel, die deel uitmaakt van de Grote Magelhaense Wolk – een naburig sterrenstelsel op een afstand van 165.000 lichtjaar (eso0613).

Het team heeft verscheidene sterren ontdekt die, met oppervlaktetemperaturen van meer dan 40.000 graden, meer dan zeven keer zo heet zijn als onze zon, en enkele tientallen keren groter en miljoenen keren helderder. Uit vergelijking met stermodellen blijkt dat een aantal van deze sterren bij geboorte zwaarder dan 150 zonsmassa’s waren. De ster R136a1 die in de sterrenhoop R136 is aangetroffen, is zelfs de zwaarste ster die ooit is waargenomen. Momenteel is hij 265 maal zo zwaar als de zon en zijn ‘geboortegewicht’ moet maar liefst 320 zonsmassa’s hebben bedragen.

Bij NGC 3603 zijn de astronomen er in geslaagd om de massa’s van twee sterren, die samen een dubbelstersysteem vormen [1], rechtstreeks te meten, en zo de gebruikte modellen te bevestigen. De sterren A1, B en C van deze sterrenhoop hadden bij hun geboorte een massa van ongeveer 150 zonsmassa’s of meer.

Zulke zware sterren produceren zeer krachtige uitstromingen. ‘Anders dan mensen worden deze sterren zwaar geboren en worden ze lichter naarmate ze ouder worden,’ zegt Paul Crowther. ‘Met zijn leeftijd van iets meer dan een miljoen jaar is de meest extreme ster R136a1 al van ‘middelbare leeftijd’. Hij heeft in die tijd een streng afslankprogramma gevolgd, waarbij hij een vijfde van zijn oorspronkelijke massa heeft afgestoten – oftewel meer dan vijftig zonsmassa’s.’

Als R136a1 de plaats van onze zon in zou innemen, zou het verschil in lichtkracht net zo groot zijn als dat tussen zon en maan. ‘Door zijn grote massa zou de lengte van het aardse jaar afnemen tot drie weken, en hij zou de aarde overspoelen met intense ultraviolette straling die alle leven onmogelijk maakt,’ zegt teamlid Raphael Hirschi van Keele University.

Sterren van dit kaliber zijn uiterst zeldzaam: ze ontstaan alleen in de meest compacte sterrenhopen. Om de afzonderlijke sterren te kunnen zien – wat nu voor het eerst is gelukt – heb je het uitstekende oplossend vermogen van de infraroodinstrumenten van de VLT nodig [2].

Het team heeft ook een schatting gemaakt van de maximaal mogelijke massa van de sterren in de beide sterrenhopen en het relatieve aantal zeer zware sterren. ‘De kleinste sterren zijn minstens ongeveer tachtig keer zo zwaar als Jupiter – daaronder zijn het ‘mislukte sterren’ of bruine dwergen,’ zegt teamlid Olivier Schnurr van het Astrophysikalisches Institut Potsdam. ‘Onze nieuwe bevindingen bevestigen de eerdere gedachte dat er ook een bovengrens aan de grootte van sterren zit, hoewel deze grens met ongeveer 300 zonsmassa’s een factor twee hoger blijkt te liggen.’

In R136 waren slechts vier sterren bij geboorte zwaarder dan 150 zonsmassa’s. Maar tezamen produceren zij bijna de helft van de deeltjeswind en het stralingsvermogen van de gehele sterrenhoop, die uit naar schatting 100.000 sterren bestaat. Alleen al R136a1 pompt meer dan vijftig keer zo veel energie in zijn omgeving als de sterrenhoop in de Orionnevel, het stervormingsgebied dat het dichtst bij de aarde ligt.

Het ontstaan van zware sterren laat zich niet gemakkelijk begrijpen, omdat hun levensduur heel kort is en zij zo’n sterke deeltjeswind produceren. En de ontdekking van zulke extreme gevallen als R136a1 maakt de uitdaging voor theoretici alleen maar groter. ‘Ze worden ofwel zo groot geboren of ontstaan door de samensmelting van kleinere sterren,’ legt Crowther uit.

Sterren van 8 tot 150 zonsmassa’s ontploffen aan het eind van hun korte leven als supernovae, en late exotische restanten achter in de vorm van neutronensterren of zwarte gaten. Door hun ontdekking van sterren die 150 tot 300 zonsmassa’s zwaar zijn, hebben de astronomen het aannemelijker gemaakt dat er ook extreem heldere ‘paar-instabiliteit’-supernovae bestaan. Zulke supernovae blazen zichzelf compleet aan flarden, waardoor er geen restant achterblijft, en stoten tot wel tien zonsmassa’s aan ijzer de omgeving in. De afgelopen jaren zijn al enkele kandidaten voor zulke extreme explosies aangedragen.

R136a1 is niet alleen de zwaarste ster die ooit gevonden is, hij heeft ook de grootste lichtkracht: bijna 10 miljoen keer zo groot als die van de zon. ‘Gezien de zeldzaamheid van deze monsters, lijkt het me onwaarschijnlijk dat dit nieuwe record snel gebroken zal worden,’ stelt Crowther vast.

Noten

[1] De ster A1 in NGC 3603 is een dubbelster met een omlooptijd van 3,77 dagen. De beide sterren in het stelsel zijn respectievelijk 120 en 92 keer zo zwaar als de zon, wat betekent dat zij zijn ontstaan als sterren van respectievelijk 148 en 106 zonsmassa’s.

[2] Het team heeft gebruik gemaakt van de instrumenten SINFONI, ISAAC en MAD, alle gekoppeld aan ESO’s Very Large Telescope op de berg Paranal in Chili.

Meer informatie

Dit onderzoek wordt gepresenteerd in een artikel in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (‘The R136 star cluster hosts several stars whose individual masses greatly exceed the accepted 150 Msun stellar mass limit’, door P. Crowther et al.).

Het onderzoeksteam bestaat uit Paul A. Crowther, Richard J. Parker en Simon P. Goodwin  (University of Sheffield, GB), Olivier Schnurr (University of Sheffield en het Astrophysikalisches Institut Potsdam, Duitsland), Raphael Hirschi (Keele University, GB), en Norhasliza Yusof en Hasan Abu Kassim (University of Malaya, Maleisië).

ESO, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, is de belangrijkste intergouvernementele sterrenkundeorganisatie in Europa, en het meest productieve astronomische observatorium ter wereld. ESO wordt ondersteund door 14 landen: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerp, de bouw en het beheer van krachtige grondobservatoria die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. ESO speelt ook een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op sterrenkundig gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staat ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld. Ook is ESO de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA. Daarnaast is ESO momenteel bezig met ontwerpstudies voor de 42-meter Europese Extremely Large optische/nabij-infrarood Telescoop (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel

Contact

Paul Crowther
University of Sheffield
UK
Tel: +44 114 222 4291
Mob: +44 7946 638 474
E-mail: Paul.Crowther@sheffield.ac.uk

Olivier Schnurr
Astrophysikalisches Institut Potsdam
Potsdam, Germany
Tel: +49 331 7499 353
E-mail: oschnurr@aip.de

Henri Boffin
ESO, La Silla, Paranal and E-ELT Press Officer
Garching, Germany
Tel: +49 89 3200 6222
Mob: +49 174 515 43 24
E-mail: hboffin@eso.org

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media