Een team astronomen onder leiding van Paul Crowther, hoogleraar astrofysica aan de Universiteit van Sheffield, heeft ESO’s Very Large Telescope 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. 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.
Zon en maan
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, 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 ooit waargenomen. Momenteel is hij 265 maal zo zwaar als de zon en zijn ‘geboortegewicht’ moet maar liefst 320 zonsmassa’s hebben bedragen.
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 het Engelse Keele University.
Botsende sterren
De Eddington limiet
In de sterrenkunde geldt: de kracht die een ster uitoefent met zijn stralingsveld mag zijn zwaartekracht niet overtreffen. Anders gaat de ster zoveel licht produceren dat het gas wordt weggeblazen, en dan hou je geen ster meer over. Deze theorie is beter bekend als de Eddingtonlimiet.
Tot voor kort lag die limiet op 150 zonsmassa’s. Was een ster zwaarder, dan zou de lichtkracht zó sterk worden dat hij automatisch de limiet verbrak. Blijkbaar zat Eddington er minstens een factor twee naast.
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 driehonderd zonsmassa’s een factor twee hoger blijkt te liggen.”
In R136 waren slechts vier sterren bij geboorte zwaarder dan hondervijftig zonsmassa’s. Maar tezamen produceren zij bijna de helft van de deeltjeswind en het stralingsvermogen van de gehele sterrenhoop, die uit naar schatting honderdduizend 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.
Volgens professor Lex Kaper, hoogleraar sterrenkunde aan de Universiteit van Amsterdam en deskundige als het aankomt op de vorming van grote sterren, is Crowther’s tweede theorie niet erg waarschijnlijk. “De kans dat 2 sterren botsen is heel klein. Sterren bewegen niet veel en zijn relatief klein. Ik denk daarom eerder dat ze zo gevormd zijn.”
Schijf
De ontdekking van de ‘onmogelijke’ ster werpt een heel nieuw licht op de vorming van zware sterren. Moeten astronomen terug naar de tekentafel? Nee, zegt Kaper. “De vorming van grote sterren is sowieso onduidelijk. Dit proces duurt voor zware sterren maar tien- tot honderdduizend jaar. Dat is een hele korte tijd op het leven van een ster. Daarnaast bevindt de ster zich diep in een gaswolk. Daar kan je vanaf de aarde heel moeilijk in kijken.”
“De natuur laat zien dat het heel moeilijk is om sterren te vormen. Als we de tekenen zien van de vorming van een lichte ster, dan zien we er meestal een schijf omheen en straalstromen (“jets”) naar buiten daar loodrecht op. De schijf en jets voorkomen dat een lichte ster uit elkaar spat tijdens de vorming. Over zware sterren is minder bekend. Doen zware sterren het ook met een schijf? In ander onderzoek zien we nu de eerste aanwijzingen dat zware sterren op dezelfde manier vormen als lichte sterren.” De ontdekking van de extreem zware ster werpt hopelijk nog meer licht op de zaak.
Meer over stervorming op Kennislink:
Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/stergeboorte/stervorming/index.atom?m=of", “max”=>"7", “detail”=>"normaal"}