stervorming

Sterren die niet kunnen bestaan

21 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 9 november 2011

Onderzoekers hebben met de NASA -ruimtetelescoop GALEX sterren ontdekt op plaatsen waar ze helemaal niet gevormd kunnen worden volgens de gangbare theorie. Astronomen ontdekken dat het heelal veel spannender en mysterieuzer is dan we tot nu toe dachten.

Leven waar niemand het verwachtte
In de jaren zeventig deden biologen een ongelofelijke ontdekking. In bijna kokend water in vulkanische bronnen van de supervulkaan Yellowstone, kortom een omgeving die wordt gebruikt om voedingsmiddelen te steriliseren, bleken nieuwe, nog onbekende organismen voor te komen met DNA dat sterk afweek van de tot dan toe bekende bacteriën. Toen onderzoekers eenmaal op onverwachte plaatsen begonnen te zoeken, doken deze ‘extremofielen’ overal op. In het binnenste van kerncentrales, in kilometers diep ijs en in van zware metalen vergeven water dat chemisch het meeste weg heeft van verdund zwavelzuur. Nu weten we dat deze archaeae, met bacteriën en organismen met een celkern – de drie verschillende hoofdtakken van het rijk van het leven vormen (als het hierbij blijft, uiteraard).

Stellar extremophiles

Stervorming op onverwachte plaatsen
De gangbare wijsheid leert dat stervorming alleeen daar optreedt waar er voldoende galactisch gas aanwerzig is. Immers: gaswolken moeten samentrekken en hun zo opgewekte warmte effectief kunnen lozen voor ze een ster kunnen vormen. Gaswolken, zeker het zeer ijle gas tussen de sterren, laat staan dat buiten de melkwegstelsels, trekken niet zomaar samen. Atomen en moleculen gedragen zich namelijk net zo als grotere voorwerpen onder invloed van een zwaartekrachtsveld: ze draaien in een elliptische baan om een zwaartekrachtsbron. Allen als ze energie verliezen, bijvoorbeeld door botsingen of afremming door het uitzenden van fotonen in een magnetisch veld, spiralen ze naar binnen. Omdat interstellaire gaswolken zo extreem dun zijn is er vrijwel niets om ze af te remmen. Dachten astronomen.

Vandaar dat het GALEX -team voor een complete verrassing kwam te staan. Er blijken namelijk wel degelijk sterren op te duiken waar niemand ze verwacht. “Een zeer verrassende ontwikkeling”, aldus de bij GALEX betrokken onderzoekster Susan Neff van het Goddard Space Center. De afbeelding rechts laat de immense stervormingsgebieden rond het spiraalstelsel  M83 zien. Hierbij zijn radio- en UV waarnemingen over elkaar gelegd (linker afbeelding) en wat een optische telescoop laat zien rechts.

Speciale waarneming van jonge sterren
GALEX, de “Galaxy Evolution Explorer,” is een UV-ruimtetelescoop, gelanceerd in 2003, die vooral gevoelig is voor het specifieke type UV-straling dat zeer jonge (T Tauri-) sterren afgeven.  Dit betekent dat GALEX stervorming waar kan nemen tot op meer dan zes miljard lichtjaar afstand, toen het heelal minder dan half zo oud was als nu.

Onverwachte kraamkamers ontdekt
We weten al dat in de spiraalarmen van de Melkweg veel stervorming plaatsvindt. Hierin bevindt zich veel gas, waaruit zich nieuwe sterren kunnen vormen. Kortom: de ideale sterrenkraamkamer. Maar lang niet de enige kraamkamer, zo blijkt nu. Zo blijken zich ver van de zichtbare spiraalarmen ook sterren te vormen. Merkwaardig, immers de gasdichtheid zou hier veel te klein moeten zijn voor sterren. Kortom: deze sterren zijn de astronomische equivalenten van Conan de Bacterie en andere extremofielen. De teamleden waren dan ook stomverbaasd.

Overzicht met bizarre plekken waar zich sterren vormen

  • in elliptische en onregelmatige melkwegstelsels waarvan tot nu toe gedacht werd dat ze nauwelijks gas bevatten
  • de gasresten van botsende melkwegstelsels
  • in de komeetachtige staart die snelbewegende melkwegstelsels achterlaten
  • in koele oergaswolken, die maar net zwaar genoeg zijn om niet uit elkaar te vallen.

Hoe kunnen deze sterren zich vormen?
Uiteraard plaatsen deze bizarre sterren astronomen voor een pittige uitdaging. Hoe kunnen zich in deze extreme omstandigheden sterren vormen? Waarschijnlijk hebben we nog maar het topje van de ijsberg ontdekt op het gebied van kosmische fenomenen. Zullen deze bizarre sterren de astronomie op zijn kop zetten, net als de extremofielen dat deden met de evolutiebiologie? Die kans is, denken de onderzoekers, terdege aanwezig….

Bron:
NASA, Stellar extremophiles

ULIRG's zijn melkwegstelsels waarin veel stervorming plaatsvindt. Nu zijn ze veel zeldzamer dan miljarden jaren geleden. Donkere energie is vermoedelijk de oorzaak.

‘Melkweg ten dode opgeschreven door donkere energie’

11 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 28 augustus 2011

Het heelal produceert steeds minder sterren en nu is duidelijk bekend waarom: melkwegstelsels raken hun gas steeds meer kwijt. Ook de vermoedelijke boosdoener is ontmaskerd.

Stervormingsbrandstof
Robert Braun en zijn collega’s van de Australische CSIRO Astronomy and Space Science gebruikten de Mopra radiotelescoop van het instituut in Zuid-Australië om ver weg gelegen melkwegstelsels te bestuderen en deze te vergelijken met nabijgelegen stelsels. Als je naar melkwegstelsels op miljarden lichtjaren afstand kijkt, kijk je als het ware in het verleden. Door deze verre melkwegstelsels te bestuderen kunnen we dus een indruk krijgen hoe ons eigen melkwegstelsel er miljarden jaren geleden uit heeft gezien.

Een opvallende ontdekking: melkwegstelsels van vijf miljard jaar geleden bevatten veel meer moleculair waterstofgas dan vergelijkbare melkwegstelsels in het universum nu, ontdekten de onderzoekers. Sterren vormen zich uit wolken moleculaire waterstof, dat is waterstof waar de atomen paren vormen. Er zijn ook wolken atomaire waterstof waar dat niet het geval is. Hoe minder moleculaire waterstof, hoe minder sterren zich kunnen vormen.

ULIRG's zijn melkwegstelsels waarin veel stervorming plaatsvindt. Nu zijn ze veel zeldzamer dan miljarden jaren geleden. Donkere energie is vermoedelijk de oorzaak.
ULIRG's zijn melkwegstelsels waarin veel stervorming plaatsvindt. Nu zijn ze veel zeldzamer dan miljarden jaren geleden. Donkere energie is vermoedelijk de oorzaak.

Stervorming consumeert alle gas
Astronomen weten al sinds 1995 dat de snelheid van stervorming het hoogste was toen het heelal slechts enkele miljarden jaren oud was en sindsdien sterk is afgenomen. “Ons resultaat laat zien waarom het licht uit gaat, ” aldus Dr Braun. “Stervorming heeft het grootste deel van het beschikbare moleculaire waterstofgas opgebruikt.” Nadat sterren zich vormen, stoten ze gas af gedurende de verschillende stadia die ze doorlopen of bijkvoorbeeld als ze aan het eind van hun leven ontploffen, de welbekende supernova. Al deze processen laten gas terugkeren in de ruimte, waardoor zich weer nieuwe sterren kunnen vormen. Ook ons zonnestelsel bestaat uit dergelijk “tweedehands” gas. Het meeste van het oorspronkelijke gas blijft echter opgesloten in dingen als witte dwergen, neutronensterren en planeten, aldus Braun.

Donkere energie: de intergalactische moordenaar
Het gevolg is dat het moeculaire gas wordt opgebruikt in de loop van de tijd. De afname in hoeveelheid moleculair gas is gelijk aan de afname in de snelheid van stervorming, of zelfs sneller. De uiteindelijke hoofdoorzaak is dat de snelheid waarmee melkwegstelsels worden “bijgevoed” met gas uit de intergalactische ruimte steeds kleiner wordt. Ongeveer tweederde van al het gas in het heelal bevindt zich niet in melkwegstelsels, maar in de lege ruimte daartussen. Het overige gas is betrokken bij stervorming in melkwegstelsels.

Opvallend is dat precies op het moment dat donkere energie steeds sterker begon te worden, de snelheid van stervorming sterk afnam. Tot die tijd was zwaartekracht de overheersende invloed. Het gevolg was dat melkwegstelsels door hun zwaartekrachtswerking grote hoeveelheden gas opslokten. Toen donkere energie het overnam, ongeveer rond de tijd dat de aarde ontstond, werd dit effect veel sterker en begon het universum sneller en sneller uit te zetten. Dit maakte het voor melkwegstelsels steeds moeilijker aan gas te komen om toekomstige generaties van sterren te kunnen vormen, veronderstelt Braun. Wie weet is de zon nog net op tijd ontstaan.

Gebruikte waarnemingstechniek
De melkwegstelsels die als studiemateriaal gebruikt worden voor de Mopra studie zijn ULIRG’s, voluit ultra-luminous infra-red galaxies. Er is van dit type melkwegstelsels namelijk bekend dat ze grote voorraden gas hebben. Omdat ze zo helder zijn, is er al een volledige telling uitgevoerd in het deel van het universum dat de onderzoekers bestudeerden. Hun z-waarde, de roodverschuiving, varieerde tussen de 0,2 tot 0,5. Dit komt overeen met een terugblik van drie tot vijf miljard jaar oud.

Moleculair waterstof is erg lastig direct waar te nemen. Deze studie maakt gebruik van de straling die koolmonoxide (CO) afgeeft om een indruk te krijgen van hoeveel moleculair waterstof er is. Uniek aan deze studie is dat alle bestudeerde melkwegstelsels met de zelfde methode werden bestudeerd (waarnemen van de straling van de CO(1-0) overgang). Er kon hierdoor dezelfde “transitielijn” worden bestudeerd. Elk energetisch proces waarbij atomen of moleculen betrokken zijn heeft een karakteristieke golflengte, die je waar kan nemen als een band in het spectrum, de ‘regenboog’ van elektromagnetische straling die bijvoorbeeld een ster of melkwegstelsel uitzendt.

Bron:
Galaxies are running out of gas: study

De Trifidnevel is een zeer complexe gaswolk. En, zo blijkt, het toneel van het eerste harde bewijs wat de missing link is bij stervorming.

‘Sterren vormen als wolken botsen’

Laat een reactie achter / Universum, Wetenschap / Door / 22 juni 2011

De geboorte van sterren is nog steeds een raadsel. Astronomen hebben ruwweg een idee hoe stervorming plaatsvindt. De missing link ontbreekt echter. Tot nu toe, althans. Het lijkt erop dat nu voor het eerst bewijs is gevonden voor het exacte stervormingsmechanisme.

Sterren vormen, weten we uit astronomische waarnemingen aan bijvoorbeeld de Pleiaden, in enorme wolken gas en stof. Op dit moment denken de meeste astronomen dat normale turbulentie sommige delen van de wolk dichter maakt dan andere. Zodra dit gebeurt, neemt het zwaartekrachtsveld het over, trekt meer massa samen en creëert zo een dichte kluwen gas en stof. Hoe groter dit kluwen wordt, hoe heter, tot de temperatuur en druk in het centrum zo hoog wordt dat atoomkernen beginnen samen te smelten. De protoster begint te schijnen en een nieuwe ster is geboren.

Dit model roept echter de nodige vraagtekens op. De voornaamste vraag: waarom hebben sterren van een bepaald type de neiging zich in clusters binnen een wolk te vormen in plaats van evenwichtig verdeeld in het volume van de wolk?

De Trifidnevel is een zeer complexe gaswolk. En, zo blijkt, het toneel van het eerste harde bewijs wat de missing link is bij stervorming.
De Trifidnevel is een zeer complexe gaswolk. En, zo blijkt, het toneel van het eerste harde bewijs wat de missing link is bij stervorming.

Het is duidelijk dat stervorming veel gecompliceerder werkt dan het simpele proces dat hierboven is beschreven. Astronomen denken te weten waarom. Volgens de beste theorieën botsen de wolken, bijvoorbeeld de wolken die ontstaan door een supernova-ontploffing, met elkaar als ze uitzetten. Op de interface waar deze botsing plaatsvindt, is er een plotselinge snelle verhitting van gas. Dit zet stervorming in gang. Hoewel dit zinnig klinkt, is er nauwelijks hard bewijs dat het ook werkelijk zo werkt. Het is namelijk heel moeilijk de bewegingen van de wolken na de botsing na te trekken. Tot nu toe.

Kazufumi Torii van de Japanse Nagoya Universiteit met wat collega’s hebben naar eigen zeggen twee botsende gaswolken gevonden in de Trifid nevel, M20.  En dat is nog niet alles. Precies op de plaats waar de twee wolken botsen, vormen zich jonge sterren. Ze denken dat de stervorming op gang is gekomen door de botsing van de twee wolken.

De waarnemingen werden verricht met de NANTEN2 4-meter telescoop in Chili. Om de snelheid van de wolken te meten werd de roodverschuiving van straling afkomstig van het molecuul koolmonoxide (CO) gemeten. Hieruit bleek dat er in de Trifid nevel een groot aantal verschillende wolken voorkwamen, maar twee van hen met verschillende snelheden bevonden zich ongeveer op dezelfde plek. Met andere woorden: ze leken te botsen.

Uit temperatuurmetingen aan de wolken blijkt dat van andere wolken in de Trifidnevel de temperatuur tien kelvin (graden boven het absolute nulpunt) is. Van de twee wolken is de temperatuur vijftig kelvin. Deze wolken zijn duidelijk gebotst, waardoor ze zo sterk op zijn gewarmd. Van essentuieel belang is dat de massa van elke wolk rond de duizend zonnemassa’s is, verspreid over een enorm gebied in de ruimte van rond de acht lichtjaar doorsnede. Deze hoeveelheid massa in sterren, gas en stof is samen ongeveer tien keer te klein om het systeem door zwaartekracht bij elkaar te houden, aldus Torii en collega’s. En toch vormen zich sterren in het gebied. Deze golf van stervorming moet door de botsing in gang zijn gezet, die ongeveer een miljoen jaar geleden plaatsvond. Dat is naar astrofysische maatstaven niet lang.

Een indrukwekkend resultaat. Het is uitermate lastig om twee wolken die zich in elkaar hebben gewrongen te identificeren. In 2009 namen enkele astronomen (waaronder sommige auteurs van dit artikel) een vergelijkbare botsing van wolken waar. Deze botsing leek ook stervorming in in gang te zetten, in de sterrenhoop Westerlund 2.

Dit is dus de tweede keer dat iemand deze vorm van stervorming heeft waargenomen. Toch moet dit mechanisme vaak voorkomen in het universum. Er zijn namelijk nogal wat sterren. Er zullen waarschijnlijk in de toekomst meer voorbeelden worden gevonden. Astronomen denken ook dat de chemische samenstelling en natuurkundige eigenschappen (bijvoorbeeld dichtheid, snelheid, temperatuur) de bepalende factoren zijn bij stervorming. Het is duidelijk dat een botsing van twee gaswolken de chemie en natuurkunde van de wolken behoorlijk laat veranderen. De grote vraag is nu uiteraard: hoe?

Bron
Molecular Clouds in The Trifid Nebula M20; Possible Evidence For A Cloud-Cloud Collision In Triggering The Formation Of The First Generation Stars, Arxiv.org (2011)

Een grote storm (de paarse vlamachtige structuur) maakt korte metten met de gasvoorraad in dit melkwegstelsel. Bron: ESA

‘Galactische stormen vegen sterrenstelsels schoon’

1 reactie / Universum, Wetenschap / Door / 10 mei 2011

Het is al tijden een raadsel waarom de kernen van sterrenstelsels zo arm aan gas zijn. Waarnemingen met het PACS instrument aan boord van ESA’s Herschel ruimteobservatorium hebben de dader nu op heterdaad betrapt.

Een grote storm (de paarse vlamachtige structuur) maakt korte metten met de gasvoorraad in dit melkwegstelsel. Bron: ESA
Een grote storm (de paarse vlamachtige structuur) maakt korte metten met de gasvoorraad in dit melkwegstelsel. Bron: ESA

Galactische jeugd eindigt plotseling
In jonge melkwegstelsels (zoals die vlak na het ontstaan van het universum gevormd zijn) worden er veel meer sterren gevormd dan nu. Deze melkwegstelsels lichten fel op door de vorming van kortlevende blauwe reuzensterren. Dan gebeurt er iets, waardoor de stervormingssnelheid plotseling sterk terugvalt en ook het zwarte gat in het centrum veel minder snel groeit.

Sterrenwinden
Het mysterieuze proces slaagt er in, in slechts enkele miljoenen jaren melkwegstelsels schoon te blazen en in één klap tot middelbare leeftijd te brengen.

Waarnemingen van de infrarooddetector en spectrometer PACS aan boord van Herschel hebben nu de oorzaak opgehelderd. Krachtige sterrenwinden, waarschijnlijk opgewekt door de felle stervorming (en vele sterexplosies)  en activiteit van het zwarte gat in het centrum van melkwegstelsels, blazen de melkwegstelsels schoon.

De lichtdruk van de felle straling die vrijkomt bij supernova’s en erupties van zwarte gaten blaast de lichte waterstofmoleculen met ongeveer 1000 km per seconde (drie promille van de lichtsnelheid) uit het melkwegstelsel.

Dit proces werkt zeer snel: per jaar verdwijnen op deze manier ongeveer duizend zonsmassa’s uit het galactische centrum, zodat in een paar miljoen jaar miljarden zonsmassa’s aan materie verdwenen zijn. Precies de hoeveelheid ontbrekend interstellair gas en hiermee de verklaring voor de sterk afnemende stervormingssnelheid.

Moleculaire waterstofwolken
PACS is in staat om straling van moleculair waterstof waar te nemen. Juist deze waterstofsoort maakt stervorming mogelijk. Deze waarneming verklaart ook een andere waarneming: de samenhang tussen de massa van sterren in het centrum van een melkwegstelsel en die van het zwarte gat. Zodra de sterrenwinden het centrum schoon hebben geblazen, wordt de massa van het centrum terugggebracht.

Elliptische melkwegstelsels
De enorme elliptische melkwegstelsels zijn het resultaat van botsingen van spiraalstelsels. In elliptische melkwegstelsels komt nauwelijks stervorming voor. Onderzoekers denken daarom dat soortgelijke effecten elliptische melkwegstelsels hebben schoongeblazen.

Opmerkelijk is ook dat in elliptische melkwegstelsels veel minder donkere materie voorkomt dan in spiraalstelsels. Om die reden vermoeden sommige astronomen dat donkere materie voor een deel uit voor radiotelescopen onzichtbare, koude moleculaire waterstofwolken bestaat. Als dat zo is, is deze moleculaire waterstof waarschijnlijk door de sterrenwinden uit de elliptische melkwegstelsels geblazen.

Bronnen
Sturm, E. et al., Massive molecular outflows and negative feedback in ULIRGs observed by Herschel-PACS, The Astrophysical Journal, 2011; 733 (1)
Caught in the Act: Herschel Detects Gigantic Storms Sweeping Entire Galaxies Clean, Science Daily

De allereerste sterren waren letterlijk witgloeiend en enorm groot. Ze leefden niet lang.

‘Eerste sterren waren dansende derwisjen’

3 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 29 april 2011

Vlak na het ontstaan van het heelal, daar zijn de meeste kosmologen het over eens, waren er enorme sterren die toen ze explodeerden de eerste metalen vormden. Naar nu blijkt, moeten deze eerste sterren enorm snel rond hebben getold, blijkt uit de samenstelling van zeer oude sterren.

Oersterren

De allereerste sterren waren letterlijk witgloeiend en enorm groot. Ze leefden niet lang.
De allereerste sterren waren letterlijk witgloeiend en enorm groot. Ze leefden niet lang.

Toen het heelal nog pas bestond kwamen er maar twee soorten atomen voor: waterstof en helium (naast spoortjes van de metalen lithium en beryllium). Niet echt geschikt voor het ontstaan van leven. Er vormden zich echter vrij kort nadat het heelal voldoende af was gekoeld om zwaartekrachtseffecten een kans te geven, enorme sterren. Zeggen kosmologische theorieën. Met alleen waterstof en helium, zonder zwaardere elementen die de kern verdichten en de kernfusiesnelheid opjagen, konden deze oersterren veel groter worden dan zelfs de zwaarste sterren anno nu: honderd tot (volgens sommige theorieën) zelfs duizend zonsmassa’s groot. Deze eerste-generatie sterren bereikten door hun enorme massa zeer hoge temperaturen en drukken in hun binnenste, waardoor ze hun fusiebrandstof er in recordtijd, minder dan een miljoen jaar, doorheen joegen. Ze leefden dus maar kort, voor ze in een sindsdien nooit meer geziene ontploffing uit elkaar spatten.

Dat niet tevergeefs. Dankzij deze sterren konden zich de ook nu nog bestaande tweede-generatie sterren en metaalrijke (astronomen noemen alles zwaarder dan waterstof en helium een ‘metaal’) derde-generatiesterren zoals onze zon (dus met planetenstelsel) vormen. En bestaan we dus.

Astronome Cristina Chiappini van het Leibniz Astrofysische Instituut in het Duitse Potsdam en haar collega’s analyseerden waarnemingen van acht sterren in de oudste bolvormige sterrenhoop van de Melkweg, NGC 6522. De onderzochte sterren hierin zijn meer dan twaalf miljard jaar oud, slechts iets meer na een miljard jaar na de Big Bang. Ter vergelijking: de zon is minder dan vijf miljard jaar oud. In deze sterren bleek abnormaal veel yttrium en strontium te zitten, vergeleken met de hoeveelheid ijzer (dat standaard in zeer zware sterren wordt gevormd vlak voordat ze in elkaar storten en ontploffen als supernova).

Yttrium en strontium zijn erg zware elementen, die gewoonlijk gevormd worden door het invangen van neutronen in lichtere atoomkernen. In hun modellen kon zich alleen zoveel van deze elementen gevormd hebben als de ster veel meer menging kende dan normaal, waardoor de kernreacties in de kern veel feller waren dan anders (en meer neutronen opleverden). Dat betekende in hun model dat de sterren vijf keer zo snel moeten hebben geroteerd dan reuzensterren nu doen. Dit ondersteunt eerdere berekeningen, die aangaven dat de eerste gaswolken na de Big Bang snel ronddraaiende sterren opleverden.

Dit is goed nieuws voor astronomen, want snel ronddraaiende superzware sterren hebben een grotere kans te ontploffen in een felle gammaflits. Die zijn weer van zeer grote afstand waar te nemen en vormen hiermee een eerste rechtstreekse blik in het heelal van vlak na de Big Bang.

Bronnen
Christina Chiappini et al.,Imprints of fast-rotating massive stars in the Galactic Bulge, Nature, 2011
New Scientist

I Zwicky 18a is een bekend, raadselachtig dwergstelsel.

Mysterieuze reuzenexplosies in dwergstelsels opgehelderd

Laat een reactie achter / Universum, Wetenschap / Door / 22 april 2011

Veel is nog onbekend over de kleinste melkwegstelsels, de dwergstelsels. Zo was het een raadsel waarom juist in deze kleine stelsels zich de zwaarste sterontploffingen voordeden. Onderzoekers denken nu te weten waarom.

Wat zijn dwergstelsels?
Dwergmelkwegstelsels komen in diverse vormen voor. Vergeleken met ons eigen melkwegstelsel zijn ze veel kleiner, rond een honderdste zo zwaar.  Alleen al rond ons eigen melkwegstelsel cirkelen er veertien. Ze lijken beduidend jonger te zijn dan de grotere melkwegstelsels, omdat de stervormingssnelheid in dwergstelsels veel lager is dan die in onze eigen melkweg. Eén van de gevolgen daarvan is dat dwergstelsels arm zijn in andere elementen dan waterstof en helium. Planeten in dwergstelsels zijn dus vooral gasreuzen. Aardachtige planeten zijn er vermoedelijk zeer schaars.

I Zwicky 18a is een bekend, raadselachtig dwergstelsel.
I Zwicky 18a is een bekend, raadselachtig dwergstelsel.

Reusachtige explosies
Al jarenlang braken astronomen zich het hoofd over mysterieuze supernova’s die uit het niets leken te ontstaan waar zich geen enkel melkwegstelsel bevond. Al eerder werd verondersteld dat de supernova’s vermoedelijk in onzichtbare dwergmelkwegstelsels schuilgingen. De apparatuur was in die tijd nog niet zo goed als nu. Nu is dat anders en weten we dat die supernova’s inderdaad in dwergmelkwegstelsels plaatsvinden. Tot nog toe was nog steeds een raadsel waarom. Immers: hoe groter de supernova, hoe zeldzamer, zeker in een dwergstelsel.

Heliumbom
Nu hebben onderzoekers ontdekt waarom. De UV-satelliet (sterren die zich net beginnen te vormen zenden zeer veel ultraviolette straling uit) Galaxy Evolution Explorer ontdekte dat inderdaad de stervormingssnelheid in dwergstelsels veel lager is. In een dwergsterrenstelsel komen er relatief veel zware explosies voor door het gebrek aan zware elementen. Zware elementen werken in sterren als een katalysator om de kernfusie op gang te brengen. Door het ontbreken hiervan in dwergmelkwegstelsels kunnen protosterren veel groter worden dan in een normaal melkwegstelsel. Het gevolg is de bovengrens voor de maximale stermassa – in ons melkwegstelsel honderdvijftig zonsmassa’s voordat de ster zichzelf uit elkaar blaast – in een dwergstelsel hoger ligt, de ster tijdens zijn bestaan veel minder massa wegblaast  en dus dat er een veel zwaardere explosie kan ontstaan. Deze zware explosies zijn uiteraard slecht nieuws voor planeten met leven in de buurt. Nog een argument waarom er in dwergstelsels niet zo snel leven zal ontstaan.

Bronnen
ScienceDaily
Astrophysical Journal

De aardappelvormige planetoïde Eros. Wat liet stofjes uitgroeien tot planetoïden? De zwaartekracht is daarvoor te zwak.

Voorouderster zaaide planetenzaden

Laat een reactie achter / Universum, Zonnestelsel / Door / 15 december 2010

Er is op dit moment nog geen enkele theorie die echt overtuigend verklaart waar de eerste planeten vandaan komen en hoe een stofwolk zich verdichtte. Het probleem dat keer op keer optreedt is de noodzakelijkheid van de aanwezigheid van condensatiekernen. Voor bijvoorbeeld regendruppels is hier niet veel voor nodig, elektromagnetische krachten (die verantwoordelijk zijn voor condensatie van water) zijn sterk.

De aardappelvormige planetoïde Eros. Wat liet stofjes uitgroeien tot planetoïden? De zwaartekracht is daarvoor te zwak.
De aardappelvormige planetoïde Eros. Wat liet stofjes uitgroeien tot planetoïden? De zwaartekracht is daarvoor te zwak.

Zwaartekrachts-condensatiekernen
Zwaartekracht is veel en veel zwakker, daarom moeten zwaartekrachtcondensatiekernen veel groter zijn: bij de temperaturen in een interstellaire stofwolk ongeveer zo groot als een grote planetoïde of kleine maan. Volgens de huidige theorieën zou condensatie beginnen bij zeer kleine stofjes. De meeste stofdeeltjes in interstellaire stofnevels zijn ongeveer zo groot als de golflengte van infraroodstraling: enkele micrometers  (duizendste millimeter). Volgens de theorie zouden eerst door elektromagnetische aantrekking, daarna door zwaartekrachtswerking de stofjes elkaar aantrekken.

De ‘missing link’ tussen stofjes en planetoïden ontbreekt
Het probleem met deze theorie: de zwaartekracht is voor kleine objecten veel te zwak. Zo is de zwaartekracht die twee menselijke lichamen op een meter afstand van elkaar uitoefenen ongeveer zo groot als het gewicht van een grote bacterie. Toch weten we uit de vervalsnelheid van radioactieve elementen zoals uranium en thorium dat de voorouderster van de zon niet al te lang geleden moet zijn ontploft en de stofwolk heeft geproduceerd. Iets moet er voor hebben gezorgd dat het proces van samensmelting veel sneller is gaan verlopen, dus de wolk hebben ingezaaid met grote zwaartekrachtskernen.

Een uitgebrande ster op het punt van ontploffen. In de buitenste schil wordt nog waterstof samengesmolten (gefuseerd) tot helium. Daarbinnen volgen helium, koolstof, neon, zuurstof, silicium en ijzer. Fusie van ijzer kost energie, dus stort de ster in elkaar, als gevolg stijgt de temperatuur weer enorm en ontstaat een verwoestende supernova.
Een uitgebrande ster op het punt van ontploffen. In de buitenste schil wordt nog waterstof samengesmolten (gefuseerd) tot helium. Daarbinnen volgen helium, koolstof, neon, zuurstof, silicium en ijzer. Fusie van ijzer kost energie, dus stort de ster in elkaar, als gevolg stijgt de temperatuur weer enorm en ontstaat een verwoestende supernova.

Het familieverhaal van de zon
Wellicht dat we hiervoor verder terug in de tijd moeten, om precies te zijn bij de ontploffing van de voorouder van de zon, een enorme zuurstofrijke O-ster. In vaktermen was dat een type IIa supernova. Als sterren van die grootte de geest geven, zijn ze opgebouwd uit concentrische schillen fusieproducten. Uit nieuwe computersimulaties en ook uit waarnemingen aan supernova 1987A blijkt dat de explosie van supernova’s een zeer chaotisch proces is.

Van de mooie concentrische schillen hiernaast blijft dan weinig over. Brokken schil, bijvoorbeeld de nikkel-ijzer kern en silicium-zuurstof in het midden, worden dan ver weg geslingerd.

Voorouder zon zaaide planetenzaden

Misschien verklaart dit waarom de aarde en Mercurius zo’n grote nikkel-ijzer kern hebben. Domweg een groot stuk ontplofte ster dat in de loop van miljoenen jaren andere brokstukken ster opgeslokt heeft. In sommige meteorieten is gesteente afkomstig van andere supernova’s aangetroffen.

Een ander groot raadsel wordt ook zo opgelost. Dit is waarschijnlijk de reden waarom de producten van het zogenaamde r-proces, een proces waarbij atoomkernen steeds weer neutronen invangen tot de neutronlimiet, zeg maar in een natuurlijke kernreactor zitten, niet waargenomen is bij supernova 1987a. Het r-proces is nodig om te verklaren waarom atoomkernen op aarde doorgaans dicht bij de maximale neutronenlimiet zitten.

Uiteraard merk je niets van die producten als die niet in de vorm van gas, maar massieve brokken sterkern rondzwerven. Zaden als het ware die zich later zullen ontwikkelen tot nieuwe planeten en sterren. Een hypothese die we nog niet in print hebben gezien.

Adembenemend mooi: de drie sterren van Pismis 24 boven een gasnevel

Zwaarste ster in het heelal?

2 reacties / Universum / Door / 19 januari 2021

Pismis 24 is een schitterende flonkerende open-sterrenhoop. Ooit werd gedacht dat Pismis 24-1, in het hart van de verre sterrennevel NGC 6357 de zwaarste ster ooit vormde met 300 maal de massa van de zon. Dit bracht sterrenkundigen in grote problemen: een ster die zo zwaar is, ontploft namelijk meteen.

Adembenemend mooi: de drie sterren van Pismis 24-1 in een gasnevel
Adembenemend mooi: de drie sterren van Pismis 24-1 in een gasnevel

Goed nieuws voor deze geplaagde beroepsgroep. Uit waarnemingen blijkt dat Pismis 24-1, de fonkelende ster in de ‘grot’ in het midden, in feite een driedubbelster is, bestaande uit drie zwaargewichten: sterren honderd maal zo groot als de zon die over niet al te lange tijd gaan ontploffen. Althans, als je een paar miljoen jaar een korte tijd mag noemen.

Onze verre nazaten kunnen dus genieten van een schitterend vuurwerk als deze sterren supernova’s worden. Trouwens: Pismis 24 is ook nu al een schitterend gezicht…

Bron
ESA/NASA, Hubble telescoop

Pismis 24 in volle glorie. Klik op de afbeelding als je het complete plaatje wilt bekijken.
Pismis 24 in volle glorie