Persbericht

Kosmische sproeiers verklaard

Vreemd paar oude sterren geeft planetaire nevel spectaculaire vorm

8 november 2012

Astronomen die gebruik maken van ESO’s Very Large Telescope hebben in een van de meest opvallende planetaire nevels een om elkaar cirkelend sterrenpaar ontdekt. Deze ontdekking bevestigt een veelbesproken theorie over het symmetrische karakter van het materiaal dat de ruimte in wordt geslingerd. Het resultaat wordt op 9 november 2012 in het tijdschrift Science gepubliceerd.

Planetaire nevels [1] zijn gloeiende schillen van gas rond witte dwergen – zonachtige sterren die hun laatste levensfase hebben bereikt. Fleming 1 is een prachtig voorbeeld van zo’n nevel: hij heeft opvallend symmetrische jets [2] die een kronkelpatroon vertonen. De nevel staat in het zuidelijke sterrenbeeld Centaurus en werd iets meer dan een eeuw geleden ontdekt door Williamina Fleming [3], een voormalige dienstmeid die vanwege haar gebleken sterrenkundige talent een aanstelling kreeg bij de sterrenwacht van Harvard College.

Astronomen discussiëren al lang over het ontstaan van die symmetrische jets, maar konden het maar niet eens worden. Nu heeft een onderzoeksteam onder leiding van Henri Boffin (ESO, Chili) nieuwe waarnemingen van Fleming 1, verkregen met de Very Large Telescope (VLT), gecombineerd met bestaande computermodellen om voor het eerst precies te laten zien hoe deze bizarre vormen tot stand zijn gekomen.

Het team gebruikte ESO’s VLT om het licht van de centrale ster van Fleming 1 te bestuderen. De astronomen ontdekten dat er waarschijnlijk niet één, maar twee witte dwergen in het centrum ervan staan, die in 1,2 dag om elkaar heen cirkelen. Hoewel er meer planetaire nevels bekend zijn die een dubbelster in hun hart hebben, zijn gevallen waarbij twee witte dwergen om elkaar heen draaien zeer zeldzaam [4].

‘De ontstaanswijze van de mooie en ingewikkelde vormen van Fleming 1 en soortgelijke objecten is al vele tientallen jaren controversieel,’ zegt Boffin. ‘Astronomen hebben al vaker voorgesteld dat het om dubbelsterren gaat, maar daarbij werd altijd gedacht aan sterrenparen met een flinke onderlinge afstand en een omlooptijd van tientallen jaren of langer. Dankzij onze modellen en waarnemingen, die een nauwkeurig onderzoek van dit opvallende stelsel mogelijk maken en tot in het hart van de nevel doordringen, ontdekten we dat de beide sterren een paar duizend keer dichter bij elkaar staan.’

Wanneer een ster met een massa van maximaal acht zonsmassa’s het einde van zijn leven nadert, blaast hij zijn buitenste schillen weg en begint hij massa te verliezen. Hierdoor komt de hete kern van de ster bloot te liggen, waardoor de uitdijende cocon van gas als een planetaire nevel oplicht.

Terwijl sterren bolvormig zijn, zijn veel planetaire nevels opvallend complex: ze vertonen knopen, filamenten en intense jets van materiaal met ingewikkelde patronen. Sommige van de meest spectaculaire nevels – waaronder ook Fleming 1 – vertonen een puntsymmetrische structuur [5]. Bij deze planetaire nevel lijkt het materiaal weg te schieten uit de beide polen van het kerngebied van de S-vormige jetstructuur. Dit nieuwe onderzoek toont aan dat de patronen van Fleming 1 het gevolg zijn van de nauwe interactie tussen een tweetal sterren – de verrassende zwanenzang van een sterrenpaar.

‘Dit is het meest uitvoerige geval tot nu toe van een centrale dubbelster waarvoor simulaties correct hebben voorspeld hoe deze zijn omringende nevel heeft gevormd – en op werkelijk spectaculaire wijze’, legt mede-auteur Brent Miszalski, van SAAO en SALT (Zuid-Afrika), uit.

Het tweetal sterren in het centrum van deze nevel speelt een cruciale rol bij de verklaring van de waargenomen structuur. Terwijl de sterren ouder werden en opzwollen, gedroeg één van hen zich bij tijd en wijle als een stellaire vampier, die zijn metgezel uitzoog. Hierdoor stroomde er materiaal naar de ‘vampier’, waardoor zich rond deze een zogeheten accretieschijf vormde [6]. Door de interactie van de om elkaar heen draaiende sterren gedroeg deze schijf zich als een wiebelende tol – een beweging die precessie wordt genoemd. Deze beweging heeft gevolgen voor het gedrag van het materiaal dat door de polen van het stelsel wordt uitgestoten, zoals uitstromende jets. Dit onderzoek bevestigt nu dat precesserende accretieschijven in dubbelstersystemen de oorzaak zijn van de verbluffend symmetrische patronen rond planetaire nevels als Fleming 1.

De lang belichte opnamen van de VLT hebben ook geleid tot de ontdekking van een onregelmatige ring van materiaal in het hart van de nevel. Zo’n ring is ook bij andere soorten dubbelstersystemen aangetroffen en vormt een sterke aanwijzing dat er een sterrenpaar aanwezig is.

‘Onze resultaten vormen een verdere bevestiging van de rol die de interactie tussen paren van sterren speelt bij de vormgeving, en misschien zelfs bij het ontstaan van planetaire nevels,’ besluit Boffin.

Noten

[1] Planetaire nevels hebben niets met planeten te maken. De naam is in de achttiende eeuw ontstaan, doordat sommige van deze objecten overeenkomsten vertoonden met de schijfjes van de verre planeten van ons zonnestelsel, zoals die door kleine telescopen te zien waren.

[2] Jets zijn stromen van zeer snel bewegend gas dat wordt uitgestoten door het kerngebied van de planetaire nevel. Jets zijn vaak gecollimeerd – het materiaal komt in evenwijdige stromen naar buiten. Dat betekent dat het uitgestoten materiaal niet veel uitwaaiert terwijl het zich door de ruimte verplaatst.

[3] Fleming 1 is vernoemd naar Schotse astronome Williamina Fleming, die deze nevel in 1910 ontdekte. Fleming, die aanvankelijk dienstmeisje was van de directeur van de sterrenwacht van Harvard College, werd later aangesteld om astronomische gegevens te verwerken. Ze werd een van de ‘Harvard Computers’, een groep van bekwame vrouwelijke werknemers die wiskundige berekeningen en administratief werk deden. Tijdens die periode ontdekte Fleming tal van astronomische objecten, waaronder 59 gasnevels, meer dan 310 veranderlijke sterren en tien novae. Fleming 1 heeft ook diverse andere namen, waaronder PN G290.5+07.9, ESO 170-6 en Hen 2-66.

[4] Het team bestudeerde de sterren met behulp van het FORS2-instrument van de Very Large Telescope van de ESO-sterrenwacht op Paranal (Chili). De astronomen maakten niet alleen opnamen van het object, maar splitsten zijn licht ook in zijn samenstellende kleuren om informatie te verkrijgen over de bewegingen, de temperatuur en de chemische samenstelling van het centrale object.

De massa’s van de beide sterren bleken respectievelijk ongeveer 0,5 à 0,86 en 0,7 à 1,0 zonsmassa te bedragen. Door het licht van de twee sterren te analyseren en de helderheid van de dubbelster te onderzoeken, kon het team uitsluiten dat zich een ‘normale’ ster zoals onze zon in het dubbelstersysteem bevindt. Tijdens zijn draaiing blijkt de dubbelster maar heel weinig in helderheid te variëren. Een normale ster zou door de nabije witte dwerg worden verhit, en omdat deze altijd met dezelfde kant naar zijn metgezel zou zijn gericht (zoals de maan dat bij de aarde doet), zou hij een ‘hete en heldere’ en een ‘koude en donkere’ kant hebben, waardoor regelmatige helderheidsveranderingen waarneembaar zouden zijn. Het centrale object bestaat dus zeer waarschijnlijk uit twee witte dwergen – een zeldzame en bijzondere ontdekking.

[5] In dit geval heeft elk deel van de nevel een identieke tegenhanger op dezelfde afstand van de ster, maar dan aan de andere kant ervan – dezelfde symmetrie die ‘boer’, ‘vrouw’ en ‘heer’ van een kaartspel vertonen.

[6] Zo’n schijf ontstaat wanneer de stroom materie die uit een ster ontsnapt een bepaalde grens, de zogeheten de Roche-lob, passeert. Binnen deze lob is alle materie door de zwaartekracht aan haar ster gebonden en kan zij niet ontsnappen. Maar wanneer deze lob volraakt en de grens wordt overschreden, stroomt de materie over naar het naburige object, in dit geval de andere ster van het dubbelstersysteem, om een accretieschijf te vormen.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘An Interacting Binary System Powers Precessing Outflows of an Evolved Star’ van H.M.J. Boffin et al., dat op 9 november 2012 in het tijdschrift Science verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit H.M.J. Boffin (European Southern Observatory, Chili), B. Miszalski (South African Astronomical Observatory; Southern African Large Telescope Foundation, Zuid-Afrika), T. Rauch (Institute for Astronomy and Astrophysics, Universität Tübingen, Duitsland), D. Jones (European Southern Observatory, Chili), R.L.M. Corradi (Instituto de Astrofísica de Canarias; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Spanje), R. Napiwotzki (University of Hertfordshire, VK), A.C. Day-Jones (Universidad de Chile, Chili) en J. Köppen (Observatoire de Strasbourg, Frankrijk).

Het jaar 2012 staat in het teken van de vijftigste verjaardag van de oprichting van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO). ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, 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 ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel
• Foto’s van de VLT

Contact

Henri Boffin
ESO
Santiago, Chile
Tel: +56 2 463 3126
E-mail: hboffin@eso.org

David Jones
ESO
Santiago, Chile
Tel: +56 2 463 3086
E-mail: djones@eso.org

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mob: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@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