Nevel met twee bellen; Mogelijk toont Eta Carinae spoedig zijn ware aard

Uit een opname met de Hubble Space Telescope blijkt dat de nevel rondom de heldere ster Eta Carinae uit twee fraaie 'bellen' bestaat. De symmetrische bouw van de nevel zou kunnen wijzen op de aanwezigheid van een begeleidende ster.

ASTRONOMEN VOLGEN momenteel met argusogen het gedrag van één van de meest intrigerende sterren aan de hemel. Het is Eta Carinae, een ster op een afstand van ongeveer 9.000 lichtjaar in het zuidelijke sterrenbeeld Kiel. Eta Carinae is nauwelijks met het blote oog te zien, maar behoort toch tot de allerhelderste en allerzwaarste sterren in het Melkwegstelsel. Hij gedraagt zich bovendien erg grillig, maar in die grilligheid is onlangs een regelmaat ontdekt. Als de ster de komende winter doet wat is voorspeld, kan zijn ware aard een stuk duidelijker worden, zo denken sommige astronomen.

Eta Carinae behoort tot het handjevol sterren die alle andere in helderheid, diameter en massa overtreffen. Hun massa is tientallen, hun diameter honderden en hun lichtsterkte honderdduizenden maal zo groot als die van de zon. Deze sterren, ooit naar een suggestie van de Leidse astronoom Aernout van Genderen hyperreuzen genoemd, produceren zoveel energie dat ze zichzelf bijna opblazen. Hun inwendige is in grote beroering en ze verliezen voortdurend grote hoeveelheden materie. Al na een paar miljoen jaar zijn zij opgebrand.

Eta Carina zendt 3 tot 5 miljoen maal zoveel straling uit als de zon. Gemiddeld verliest hij ieder jaar ongeveer een duizendste zonsmassa aan gas. In de eerste helft van de vorige eeuw stootte hij echter in een periode van dertig jaar één tot drie maal de gehele massa van de zon uit. Tijdens deze super-eruptie, de zwaarste ooit bij een ster waargenomen, was Eta Carinae de helderste ster aan de zuidelijke hemel. Mogelijk zijn er in het verleden meer van zulke erupties geweest.

Helaas heeft deze uitbarsting er ook toe geleid dat de ster - letterlijk - in nevelen is gehuld. Eta Carinae wordt omringd door een snel expanderende wolk van gas en stof die de ware aard van de ster verhult. Deze wolk, voortdurend aangevuld door gassen die van de onstabiele ster vandaan blijven stromen, reflecteert en absorbeert de straling van Eta Carinae, maar zendt ook zèlf straling uit. Het resultaat van dit alles is dat het spectrum bestaat uit een oerwoud van lijnen dat zich moeilijk laat ontrafelen.

Als alle straling van het centrale object afkomstig is van één ster, zou die een massa van 120 maal die van de zon moeten hebben. Toen hij ontstond, ruim 2,5 miljoen jaar geleden, zou die massa echter zo'n 150 maal die van de zon moeten zijn geweest. Die waarde ligt op de theoretische - zij het nog onzekere - bovengrens voor de maximale massa die een ster in wording zou kunnen hebben: de zogeheten Eddington-limiet. Zwaardere gasbollen zouden zichzelf als gevolg van hun enorme stralingsdruk uiteenscheuren.

Een recente opname met de Hubble Space Telescope laat zien dat de nevel rondom Eta Carinae uit twee fraaie 'bellen' bestaat. In deze bellen bevinden zich grote gascondensaties die van het centrum af bewegen, terwijl loodrecht op deze richting radiale structuren zijn te zien. Deze symmetrische bouw van de nevel zou kunnen wijzen op een snelle rotatie van het centrale object, op een grote schijf van gas er omheen, op de aanwezigheid van een begeleider of op een combinatie van die mogelijkheden.

Volgens de Braziliaanse astronoom Augusto Damineli is er een grote kans dat de begeleider-hypothese de komende winter wordt bevestigd. Damineli ontdekte twee jaar geleden een verband tussen de infrarood-helderheid van Eta Carinae en de intensiteit van bepaalde emissielijnen in het spectrum. Dit verband bleek later ook te gelden voor zichtbaar licht. Als de helderheid van Eta Carinae iets oploopt, neemt de intensiteit van bepaalde emissielijnen af, en omgekeerd.

Deze verschijnselen werden aanvankelijk in verband gebracht met de onstabiliteit in de buitenste lagen van de ster. Die zou af en toe leiden tot het uitstoten van een schil materie, die via een ingewikkeld proces tot een vermindering van de intensiteit van bepaalde emissielijnen zou leidden. Het opmerkelijke is echter dat deze shell events vooral plaatsvinden in de nevel en niet in de ster en dat er in dit verschijnsel een grote regelmaat zit. Dit suggereert het effect van een baanbeweging, dus de aanwezigheid van meer dan één ster.

De meest recente metingen aan Eta Carinae, door Damineli en zijn collega's Peter Conti en Dalton Lopes verricht op de sterrenwacht van Rio de Janeiro, zouden deze theorie ondersteunen. De astronomen hebben een periodieke doppler-variatie ontdekt in spectraallijnen die afkomstig zijn van het radioactieve element protactinium. Die variatie valt samen met de helderheidsvariatie van 5,52 jaar en blijkt goed te rijmen met de beweging van de bron rond een begeleider. De afstand tussen de twee componenten zou in die tijd moeten variëren van drie tot 14 maal de straal van de aardbaan.

De massa van de twee componenten zou tussen de 65 en 70 maal de massa van de zon liggen, dus veilig onder de Eddington-limiet. Tijdens hun ontstaan zouden hun massa's tussen de 90 en 110 zonsmassa's hebben gelegen. Eta Carinae zou dus 'degraderen' van wellicht de zwaarste hyperreus tot de zwaarste dubbelster die we nu kennen. Het duo is echter geen lang leven beschoren. De aanvankelijk zwaarste component zal misschien al binnen enkele (tien)duizenden jaren als supernova exploderen, waardoor ook de begeleider zwaar zal worden gehavend.

De drie astronomen denken nu dat genoemde shell events niets te maken hebben met de uitstoot van een schil materie, maar verband houden met de periodiek versterkte wisselwerking tussen de zeer krachtige 'sterrenwind' van de twee reuzen. In het julinummer van New Astronomy wijzen zij erop dat de componenten komende winter weer dicht bij elkaar komen, waardoor er opnieuw een shell event zou moeten optreden. Dit zou tussen oktober en maart moeten gebeuren. “De vraag is nu of het maximum van deze gebeurtenis de voorgestelde strikte periodiciteit zal bevestigen of uitsluiten”, aldus de onderzoekers.