Dubbelstervuurwerk door dodendans met derde ster

Sterrenkunde

Astronomen reconstrueren hoe drie sterren via een complexe ‘dans’ tot een botsing leidden

Beeld van de uitbarsting van de ster Eta Carinae. ESA/Hubble & NASA

Halverwege de 19de eeuw werd een ster in het zuidelijke sterrenbeeld Carina (Kiel) plotseling veel helderder dan normaal, om in de jaren daarna weer sterk af te zwakken. Nog steeds is niet precies duidelijk wat de oorzaak was, maar twee artikelen die deze maandag zijn verschenen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society laten zien dat de uitbarsting bijna net zo krachtig was als een supernova. Dat is de explosie van een zware ster aan het einde van zijn bestaan. Om deze bijna-supernova te kunnen verklaren gaan onderzoeksleider Nathan Smith en de betrokken teams van astronomen uit van een uitzonderlijke ‘dodendans’ waarbij drie sterren betrokken waren. Ze bouwen voort op een scenario dat in 2016 door de Nederlandse astronomen Simon Portegies Zwart en Ed van den Heuvel is bedacht.

Het hemellichaam in kwestie, Eta Carinae, behoort tot de allerhelderste en allerzwaarste sterren van de Melkweg. Hoewel zijn helderheidsuitbarsting al ruim anderhalve eeuw in het verleden ligt, zijn de gevolgen nog steeds waarneembaar. Het heeft ermee te maken dat het licht van de uitbarsting wordt weerkaatst door interstellaire stofwolken in de wijde omgeving van de ster. Doordat deze zogeheten lichtecho’s ons via een omweg bereiken, hebben ze een flinke vertraging opgelopen. Dat biedt de mogelijkheid om de uitbarsting langs indirecte weg met moderne astronomische middelen te onderzoeken – iets wat sinds 2003 volop gebeurt.

Schokgolf

De nieuwste onderzoeksresultaten wijzen uit dat de ster materie heeft uitgestoten met snelheden van meer dan 10.000 kilometer per seconde. Dat is vergelijkbaar met de snelheid van de schokgolf die bij een supernova-explosie ontstaat. Bij de uitbarsting hebben zich twee reusachtige wolken van materie gevormd.

Kijk hier naar animatie door NASA, ESA, en G. Bacon (STScI) over hoe Eta Carinae volgens de nieuwste ideeën uitbarstte, 150 jaar geleden.

Zover nu is waar te nemen bestaat Eta Carinae uit slechts twee sterren. De zwaarste heeft minstens honderd keer zoveel massa als onze zon. Zijn begeleider is aanzienlijk lichter, maar toch minstens dertig zonsmassa’s. Deze laatste beweegt op een gemiddelde afstand van ruim 2 miljard kilometer (iets groter dan de afstand zon - Saturnus) in een langgerekte baan om de hoofdster.

Volgens het nu gepubliceerde scenario zou het stersysteem oorspronkelijk hebben bestaan uit twee kolossale sterren die op kleine onderlinge afstand om elkaar cirkelden. Een lichtere ster draaide daar in een wijdere baan omheen.

Een ster straalt feller, en verbruikt zijn nucleaire brandstof sneller, naarmate hij meer massa heeft. En bij brandstofgebrek zwelt een ster enorm op. In situaties waarbij twee sterren om elkaar heen wentelen, zal degene met de meeste massa dus als eerste opzwellen. Daarbij zal hij in steeds sneller tempo materie overdragen aan zijn kleinere soortgenoot. Dit verstoort de onderlinge balans tussen de sterren zodanig dat hun onderlinge afstand toeneemt.

Volgens het scenario van Smith en zijn collega’s is de ontmantelde ster daarbij in het ‘vaarwater’ van ster nummer drie terechtgekomen. Deze raakte daardoor zodanig uit koers dat hij na een paar laatste omlopen in botsing kwam met de andere, veel zwaarder geworden ster. Dat zou de oorzaak van de grote uitbarsting zijn geweest.

Exotische kenmerken

Dit scenario lijkt misschien nodeloos ingewikkeld, maar de auteurs denken dat de nogal exotische kenmerken van Eta Carinae zich zo het best laten verklaren. Een van die kenmerken is dat de lichtste van de huidige sterren verder geëvolueerd lijkt te zijn dan de ster waar hij omheen draait, terwijl dat eigenlijk andersom zou moeten zijn. Dat laat zich alleen begrijpen als deze ster oorspronkelijk veel meer massa heeft gehad.

In een reactie laat Ed van den Heuvel, astronoom aan de Universiteit van Amsterdam, weten dat hij het nieuwe model heel plausibel vindt: „Er zitten natuurlijk, zoals de auteurs zelf toegeven, speculatieve elementen in, maar als geheel lijkt het model goed aan te sluiten bij alle beschikbare waarnemingen. Wij hebben dat destijds met ons model ook zo goed mogelijk proberen te doen, maar dit is weer een stapje verder.”

Astronomen hebben waarschijnlijk nog wel even de tijd om de kwestie Eta Carinae verder uit te pluizen. Over hooguit 500.000 jaar, en misschien al veel eerder, zal de zwaarste ster alsnog een catastrofale supernova-explosie ondergaan. Dan worden de sporen van de ‘grote uitbarsting’ van Eta Carinae definitief gewist.

    • Eddy Echternach