Sommige mensen zien er op hun 90ste nog prima uit, terwijl anderen al voor hun 50ste aftakelen. Dat wijst erop dat een oud uiterlijk soms meer een kwestie van levensstijl is dan van leeftijd. Uit nieuw onderzoek met de 2,2-meter MPG/ESO-telescoop van de ESO-sterrenwacht op La Silla en de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA blijkt dat dit ook voor sterrenhopen geldt.
Bolvormige sterrenhopen zijn ronde verzamelingen van sterren die stevig in de greep van elkaars zwaartekracht zijn. Het zijn overblijfselen uit de begintijd van het heelal, met leeftijden van 12 tot 13 miljard jaar (de oerknal vond 13,7 miljard jaar geleden plaats). Onze Melkweg telt ongeveer 150 van deze sterrenhopen, die een groot deel van de oudste sterren van ons sterrenstelsel bevatten.
Maar hoewel hun sterren oud zijn, en de sterrenhopen in een ver verleden zijn ontstaan, hebben astronomen met behulp van de 2,2-meter MPG/ESO-telescoop en de Hubble-ruimtetelescoop ontdekt dat veel van deze sterrenhopen nog jonge trekken vertonen. De resultaten van dit onderzoek verschijnen op 20 december in het tijdschrift Nature.
‘Hoewel al deze sterrenhopen miljarden jaren geleden zijn ontstaan,’ zegt Francesco Ferraro (Universiteit van Bologna, Italië), leider van het team dat de ontdekking heeft gedaan, ‘vroegen we ons af of sommige vlugger of langzamer verouderen dan andere. Door de verdeling van een bepaald soort blauwe sterren in deze sterrenhopen te onderzoeken, kwamen we erachter dat sommige sterrenhopen inderdaad veel sneller zijn geëvolueerd. We hebben nu een manier ontwikkeld om dat verouderingstempo te meten.’
Sterrenhopen ontstaan in korte tijd, wat betekent dat hun sterren ruwweg allemaal even oud zijn. Doordat ze zo fel stralen, raken zware sterren heel snel door hun brandstof heen. De stokoude bolvormige sterrenhopen zouden dus alleen lichte, ‘zuinige’ sterren mogen bevatten.
Dat blijkt echter niet zo te zijn: sterren die van extra brandstof worden voorzien, ondergaan een verjongingskuur die hen zwaarder en aanzienlijk helderder maakt. Zoiets gebeurt als een ster materie van een naburige ster steelt of als twee naburige sterren met elkaar versmelten. Deze herboren sterren worden blue stragglers (blauwe nakomers) genoemd [1]. Dit onderzoek draaide om de grote massa’s en helderheden van deze sterren.
Naarmate een sterrenhoop ouder wordt, zinken de zware sterren naar het centrum. Door hun grote massa’s zijn blue stragglers zeer gevoelig voor dit bezinkingsproces. Tegelijkertijd zijn ze vanwege hun grote helderheid relatief gemakkelijk waarneembaar [2].
Om hun verouderingsproces beter te leren begrijpen, brachten de astronomen voor 21 bolvormige sterrenhopen de verdeling van blue stragglers in kaart. Daarbij maakten ze gebruik van opnamen van de 2,2-meter MPG/ESO-telescoop, de Hubble-ruimtetelescoop en andere instrumenten [3]. Hubble zorgde voor detailrijke beelden van de dichtbevolkte centra van twintig van de sterrenhopen; telescopen op aarde leverden opnamen van de legere buitengebieden.
Bij het analyseren van deze gegevens stelde het team vast dat sommige bolvormige sterrenhopen jong lijken: hun blue stragglers zijn over de hele sterrenhoop verspreid. Een grotere groep ziet er ouder uit, omdat hun blue stragglers zich rond het centrum hebben verzameld. Een derde groep zit daar tussenin: eerst migreren de sterren die zich het dichtst bij de kern bevinden naar binnen, later de meer naar buiten gelegen sterren.
‘Omdat deze sterrenhopen ruwweg tegelijkertijd zijn ontstaan, betekent dit dat de snelheden waarmee ze evolueren grote onderlinge verschillen vertonen,’ aldus Barbara Lanzoni (Universiteit van Bologna), een van de mede-auteurs van het onderzoek. ‘In het geval van snel verouderende sterrenhopen denken we dat het bezinkingsproces binnen een paar honderd miljoen jaar voltooid kan zijn, terwijl dit bij de traagste enkele malen langer duurt dan de huidige leeftijd van het heelal.’
Wanneer de zwaarste sterren naar het centrum zakken, ondergaat de sterrenhoop uiteindelijk een verschijnsel dat ‘kerncollaps’ wordt genoemd. Daarbij trekt het centrum van de sterrenhoop extreem sterk samen. Door welke processen die kerncollaps in gang wordt gezet, was al goed bekend – ze houden verband met de aantallen, de dichtheid en de bewegingssnelheden van de sterren [4]. Maar hoe snel zij zich voltrekken was tot nu toe onbekend [5]. Dit onderzoek laat voor het eerst zien hoe snel de verschillende bolvormige sterrenhopen verouderen.
Noten
[1] Blue stragglers danken hun benaming aan hun blauwe kleur en aan het feit dat hun evolutie achterblijft bij die van naburige sterren.
[2] Blue stragglers zijn, vergeleken met de andere sterren in een bolvormige sterrenhoop, helder en zwaar. Maar ze zijn niet de enige sterren in deze sterrenhopen die helder of zwaar zijn.
Rode reuzensterren zijn helderder, maar hebben veel minder massa en zijn dus niet zo gevoelig voor het bezinkingsproces. (Ze laten zich ook gemakkelijk van blue stragglers onderscheiden, omdat ze een heel andere kleur hebben.)
Neutronensterren, de extreem compacte kernen van sterren die veel groter waren dan de zon en miljarden jaren geleden zijn ontploft, zijn ongeveer net zo zwaar als blue stragglers en dus net zo gevoelig voor het bezinkingsproces. Maar deze zijn heel moeilijk waarneembaar en dus niet zo geschikt voor een onderzoek als dit.
Blue stragglers zijn de enige sterren in sterrenhopen die én veel massa hebben én heel helder zijn.
[3] Van de 21 sterrenhopen in dit onderzoek zijn er twintig onderzocht met Hubble, twaalf met de 2,2-meter MPG/ESO-telescoop, acht met de Canada-France-Hawaii Telescope en één met de Subaru-telescoop van de NAOJ.
[4] Het aantal sterren en hun dichtheid binnen de sterrenhoop zijn betrekkelijk eenvoudig te meten, maar hun snelheden niet. Daarom waren eerdere onderzoeken van de evolutie van bolvormige sterrenhopen gebaseerd op theoretische modellen in plaats van empirische gegevens.
[5] Dat tempo hangt op een inwikkelde manier af van het aantal sterren, hun dichtheid en hun snelheid binnen de sterrenhoop. Het aantal sterren en hun dichtheid binnen de sterrenhoop zijn betrekkelijk eenvoudig te meten, maar hun snelheden niet. Daarom waren eerdere onderzoeken van de evolutie van bolvormige sterrenhopen gebaseerd op theoretische modellen in plaats van empirische gegevens, zoals bij dit nieuwe onderzoek.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek verschijnen in het artikel ‘Dynamical age differences amongst coeval star clusters as revealed by blue stragglers’, door F.R. Ferraro et al., dat op 20 december 2012 in het tijdschrift Nature verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit F.R. Ferraro (Universiteit van Bologna, Italië), B. Lanzoni (Universiteit van Bologna), E. Dalessandro (Universiteit van Bologna), G. Beccari (ESO, Garching, Duitsland), M. Pasquato (Universiteit van Bologna), P. Miocchi (Universiteit van Bologna), R.T. Rood (Universiteit van Virginia, Charlottesville, VS), S. Sigurdsson (Pennsylvania State University, VS), A. Sills (McMaster University, Hamilton, Canada), E. Vesperini (Indiana University, Bloomington, VS), M. Mapelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Italië), R. Contreras (Universiteit van Bologna), N. Sanna (Universiteit van Bologna) en A. Mucciarelli (Universiteit van Bologna).
Dit onderzoek maakt deel uit van het Cosmic-Lab-project (www.cosmic-lab.eu), dat voor een totaal bedrag van € 1,8 miljoen voor vijf jaar wordt gefinancierd door de Europese Onderzoeksraad (ERC). De ERC, in 2007 opgericht door de Europese Unie, streeft naar onderzoek van wereldklasse in Europa door de allerbeste creatieve onderzoekers van allerlei nationaliteiten en leeftijden met elkaar te laten concurreren om de financiering. Sinds haar oprichting heeft de ERC meer dan 2500 onderzoekers en hun grensverleggende onderzoeken gefinancierd. De ERC opereert volgens een ‘door onderzoekers aangestuurde’- of ‘bottom-up’-aanpak waardoor wetenschappers op elk onderzoeksterrein (exacte wetenschappen en techniek, biowetenschappen en menswetenschappen) nieuwe mogelijkheden kunnen vinden. Ze is ook een maatstaf geworden voor het concurrentievermogen tussen nationale onderzoeksinstellingen en ondersteunt bestaande subsidieregelingen op nationaal en Europees niveau. De ERC, het jongste onderdeel van het Zevende Kaderprogramma voor Onderzoek van de Europese Unie, heeft voor de periode 2007-2013 een totaal budget van € 7,5 miljard. Vorig jaar heeft de Europese Commissie een voorstel ingediend om het budget van de ERC voor de periode 2014-2020 substantieel te verhogen in het teken van een nieuw kaderprogramma (‘Horizon 2020’). De ERC bestaat uit een Uitvoerend Agentschap en een Wetenschappelijke Raad. In de Wetenschappelijke Raad hebben 22 topwetenschappers zitting, die de wetenschappelijke strategie van de ERC uitstippelen. Voorzitter van de ERC is professor Helga Nowotny en de Wetenschappelijke Raad wordt in Brussel vertegenwoordigd door algemeen secretaris professor Donald Dingwell. Het Uitvoerend Agentschap van de ERC implementeert het specifieke programma ‘Ideeën’ en wordt geleid door directeur (a.i.) Pablo Amor.
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 waarneemlocaties 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.
