Enkele van de scherpste foto’s die ooit met ESO’s Very Large Telescope zijn gemaakt, laten een oude ster zien die bezig lijkt om een vlindervormige planetaire nevel uit te stoten. Deze waarnemingen van de rode reuzenster L2 Puppis, gedaan met de ZIMPOL-camera van het pas geïnstalleerde SPHERE-instrument, tonen ook duidelijk een nabije stellaire begeleider. De eindstadia van sterren stellen astronomen nog steeds voor tal van raadsels, en het ontstaan van zulke bipolaire nevels, met hun complexe en aantrekkelijke zandlopervormen, al helemaal.
Met een afstand van ongeveer 200 lichtjaar is L2 Puppis een van de meest nabije rode reuzen waarvan bekend is dat hij zijn eindstadium heeft bereikt. De nieuwe waarnemingen met de ZIMPOL-camera van SPHERE zijn gedaan in zichtbaar licht. Daarbij is gebruik gemaakt van extreme adaptieve optiek, die beelden veel beter kan corrigeren dan normale adaptieve optiek. Hierdoor zijn veel meer details waarneembaar in zwakke objecten en structuren in de buurt van heldere lichtbronnen. Het zijn de eerste gepubliceerde resultaten met ZIMPOL en de meest gedetailleerde waarnemingen van een ster als deze. ZIMPOL levert beelden op die drie keer scherper zijn dan die van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA. De nieuwe waarnemingen tonen het stof dat L2 Puppis omgeeft in ongekend detail [1]. Ze bevestigen de eerdere ontdekking, gedaan met NACO, dat het stof zich heeft geordend tot een schijf die we vanaf de aarde vrijwel precies van opzij zien, maar geven veel meer details prijs. Bovendien stelde de polarisatie-informatie van ZIMPOL de onderzoekers in staat om een driedimensionaal model van de stofstructuren te maken [2].
De astronomen hebben ontdekt dat de stofschijf op ongeveer 900 miljoen kilometer van de ster begint – iets verder dan de afstand van Jupiter tot de zon. Naar buiten toe is deze schijf gewelfd, waardoor een symmetrische, trechtervormige structuur ontstaat. Op een afstand van ongeveer 300 miljoen kilometer tot L2 Puppis – tweemaal de afstand aarde-zon – hebben astronomen een tweede lichtbron waargenomen. Deze zeer nabije begeleidende ster is waarschijnlijk een rode reus van vergelijkbare massa, maar dan wel jonger. De combinatie van een grote hoeveelheid stof rond een langzaam stervende ster en de aanwezigheid van een stellaire begeleider wijst erop dat dit precies het soort object is waaruit een bipolaire planetaire nevel kan ontstaan. In principe is aan alle basisvoorwaarden voldaan, maar er komt het nodige geluk bij kijken om zo’n stofrijke ‘pop’ te laten uitgroeien tot een kosmische vlinder.
Hoofdauteur van het onderzoeksartikel, Pierre Kervella, legt uit: ‘Het ontstaan van bipolaire planetaire nevels is een van de grote klassieke vraagstukken van de moderne astrofysica. Vooral de vraag hoe precies sterren hun waardevolle lading ‘metalen’ weer teruggeven aan de ruimte – een belangrijk proces, omdat dit materiaal zal worden gebruikt voor de vorming van volgende generaties van planetenstelsels.’ De astronomen hebben ook twee kegels van materie ontdekt die loodrecht op de gewelfde schijf van L2 Puppis staan. Binnen deze twee kegels hebben zij twee lange, geleidelijk afbuigende pluimen van materiaal aangetroffen. Uit de oorsprongspunten van deze pluimen leidt het team af dat de ene waarschijnlijk het product is van de interactie tussen het materiaal van L2 Puppis en de sterrenwind en stralingsdruk van de begeleider. De andere lijkt het resultaat te zijn van de botsing tussen de sterrenwinden van de beide sterren, maar kan ook zijn voortgekomen uit een accretieschijf rond de begeleidende ster.
Hoewel er nog veel onduidelijkheden bestaan, gaan de twee belangrijkste theorieën over het ontstaan van bipolaire planetaire nevels uit van een dubbelstersysteem [3]. De nieuwe waarnemingen wijzen erop dat beide processen optreden rond L2 Puppis, wat het heel aannemelijk maakt dat de twee sterren, mettertijd, een vlinder zullen voortbrengen. Pierre Kervella besluit: ‘Omdat de begeleidende ster eens in de paar jaar om L2 Puppis draait, zullen we er naar verwachting getuige van kunnen zijn hoe de begeleidende ster vorm geeft aan de schijf van de rode reus. We zullen de evolutie van de stofstructuren rond de ster op de voet kunnen volgen – een uiterst zeldzaam en opwindend vooruitzicht.’
Noten
[1] SPHERE/ZIMPOL gebruiken extreme adaptieve optiek om buigingsbegrensde beelden te maken. Deze komt veel dichter bij de theoretische limiet van de telescoop onder atmosfeerloze omstandigheden dan voorgaande adaptieve optische instrumenten. Met extreme adaptieve optiek kunnen ook veel zwakkere objecten in de naaste omgeving van een heldere ster worden waargenomen. Bovendien worden deze beelden gemaakt in zichtbaar licht, dat kortere golflengten heeft dan het nabij-infrarode domein waarin eerdere adaptieve optische opnamen doorgaans werden gemaakt. Deze twee factoren resulteren in beelden die aanzienlijk scherper zijn dan eerdere VLT-opnamen. Met VLTI zijn nog hogere resoluties bereikt, maar een interferometer levert geen kant-en-klare beelden af.
[2] Het stof in de schijf verstrooit het sterlicht efficiënt richting aarde en polariseert het – een eigenschap die het team kon gebruiken om een driedimensionale kaart van het stofomhulsel te maken. Daarbij is gebruik gemaakt van gegevens van zowel ZIMPOL als NACO, en van een schijfmodel gebaseerd op het RADMC-3D-algoritme, dat op basis van specifieke parameters berekent hoe fotonen zich door stof voortplanten.
[3] De ene theorie stelt dat het stof dat door de sterrenwind van de stervende hoofdster wordt geproduceerd onder invloed van de sterrenwind en de stralingsdruk van de begeleidende ster binnen een gordel rond de hoofdster blijft. Daardoor ontstaat een schijf die ervoor zorgt dat de materie die de ster later verliest alleen nog twee tegengestelde bundels loodrecht op de schijf kan ontsnappen.
Volgende de andere theorie verzamelt het meeste materiaal dat door de stervende wordt uitgestoten zich rond zijn nabije begeleider, waardoor een accretieschijf en een tweetal krachtige jets ontstaat. Al het overige materiaal wordt door de sterrenwind van de stervende ster weggedrukt, waardoor een omhulsel van gas en stof ontstaat, zoals zich dat ook rond een enkelvoudige ster zou vormen. De nieuwe jets van de begeleidende ster, die veel krachtiger zijn dan de sterrenwind van de stervende ster, veroorzaken vervolgens twee holtes in het omringende stof, waardoor deze de karakteristieke vorm van een bipolaire planetaire nevel krijgt.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘The dust disk and companion of the nearby AGB star L2 Puppis’, van P. Kervella et al., dat op 10 juni 2015 verschijnt in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
Het onderzoeksteam bestaat uit P. Kervella (Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, CNRS/INSU, Frankrijk; Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chili; LESIA Observatoire de Paris, CNRS, UPMC; Université Paris-Diderot, Meudon, Frankrijk), M. Montargès (LESIA, Frankrijk; Institut de Radio-Astronomie Millimétrique, St Martin d’Hères, Frankrijk), E. Lagadec (Laboratoire Lagrange, Université de Nice-Sophia Antipolis, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Nice, Frankrijk), S.T. Ridgway (National Optical Astronomy Observatories, Tucson, Arizona, VS, X. Haubois (ESO, Santiago, Chili), J.H. Girard (ESO, Chili), K. Ohnaka (Instituto de Astronomía, Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chili), G. Perrin (LESIA, Frankrijk) en A. Gallenne (Universidad de Concepción, Departamento de Astronomía, Concepción, Chili).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. 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 specifiek 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. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
