Een team van astronomen dat gebruik maakt van ESO’s Very Large Telescope (VLT) heeft ongekend detailrijke opnamen verkregen van de hyperreuzenster VY Canis Majoris. De waarnemingen laten zien dat de ster tijdens zijn laatste levensfase een enorme hoeveelheid massa kwijtraakt in de vorm van stofdeeltjes die onverwacht groot zijn. Dit tot nu toe onbegrepen proces vormt de opmaat tot het explosieve einde van reuzensterren als deze.
VY Canis Majoris is een stellaire kolos, een rode hyperreus die tot de grootste sterren van de Melkweg behoort. Hij heeft dertig tot veertig keer zoveel massa als onze zon en produceert 300.000 keer zoveel licht. De ster is momenteel zo sterk opgezwollen dat hij de omloopbaan van de planeet Jupiter zou omsluiten – een teken dat zijn einde nadert. De nieuwe waarnemingen van de ster zijn gedaan met het SPHERE-instrument van de VLT. Het adaptieve optische systeem van dit instrument corrigeert opnamen beter dan eerdere systemen. Dit maakt het mogelijk om details vast te leggen in de naaste omgeving van een heldere lichtbron [1]. SPHERE laat duidelijk zien hoe het heldere licht van VY Canis Majoris de omringende materiewolken doet oplichten. Door gebruik te maken van de ZIMPOL-modus van SPHERE kon het team niet alleen dieper in het hart van deze wolk van gas en stof rond de ster kijken, maar ook meten hoe het sterlicht door het omringende materiaal wordt verstrooid en gepolariseerd. Deze metingen waren cruciaal bij de bepaling van de eigenschappen van het stof. Een nauwgezette analyse van de polarisatieresultaten laat zien dat het stof uit relatief grote deeltjes bestaat, met afmetingen van 0,5 micrometer. Dat lijkt misschien klein, maar daarmee zijn de deeltjes ongeveer vijftig keer zo groot als het stof dat we doorgaans in de interstellaire ruimte aantreffen.
Tijdens het opzwellen stoten zware sterren enorme hoeveelheden materie uit – per jaar blaast VY Canis Majoris dertig aardmassa’s aan stof en gas de ruimte in. Deze wolk van materie wordt afgestoten voordat de uiteindelijke ontploffing van de ster een deel van het stof vernietigt en het restant de interstellaire ruimte in verdwijnt. Dat materiaal wordt, samen met de zwaardere elementen die tijdens de supernova-explosie worden geproduceerd, opgenomen door volgende generaties van sterren, die het materiaal kunnen gebruiken voor de vorming van planeten. Tot nu toe was het een raadsel hoe het materiaal uit de hoge atmosferen van deze reuzensterren vóór hun uiteindelijke explosie de ruimte in wordt geblazen. De meest waarschijnlijke oorzaak werd altijd gezocht bij de stralingsdruk, de kracht die door sterlicht wordt uitgeoefend. Omdat deze druk heel zwak is, zijn voor dit proces grote stofdeeltjes nodig: alleen die hebben zo’n groot oppervlak dat ze de lichtdruk meegevoerd kunnen worden [2].
‘Zware sterren leven maar kort,’ zegt de hoofdauteur van het onderzoeksartikel, Peter Scicluna van het Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics (Taiwan). ‘Wanneer ze hun einde naderen, verliezen ze heel veel massa. Vroeger konden we alleen maar naar de oorzaak daarvan raden. Maar nu hebben we, dankzij de nieuwe SPHERE-gegevens, grote stofdeeltjes rond deze hyperreus ontdekt. Die zijn groot genoeg om door de intense stralingsdruk van de ster weggeduwd te worden. En dat verklaart het snelle massaverlies van de ster.’ Dat zo dicht bij de ster grote stofdeeltjes zijn waargenomen, betekent dat de wolk op effectieve wijze het zichtbare licht van de ster kan verstrooien en zich laat wegduwen door de stralingsdruk van de ster. Door hun grote afmetingen zijn de stofdeeltjes ook goed bestand tegen de straling die VY Canis Majoris tijdens zijn onvermijdelijke catastrofale supernova-explosie zal produceren [3]. Dit stof kan zich vervolgens met het omringende interstellaire medium vermengen en toekomstige generaties van sterren de kans geven om planeten te vormen.
Noten
[1] SPHERE/ZIMPOL maakt gebruik van extreme adaptieve optiek om buigingsbegrensde opnamen te maken. Op die manier wordt de theoretische beeldscherpte die de telescoop zou hebben als er geen atmosfeer was veel dichter benaderd. Met behulp van extreme adaptieve optiek kunnen in de naaste omgeving van een heldere ster ook veel zwakkere objecten zichtbaar worden gemaakt.
De opnamen die bij dit nieuwe onderzoek zijn verkregen, zijn bovendien gemaakt in zichtbaar licht, dat kortere golflengten heeft dan het nabij-infrarood waar de meeste eerdere adaptieve optische systemen gebruik van maakten. Deze twee factoren resulteren in opnamen die veel scherper zijn dan eerdere VLT-opnamen. Een nog groter oplossend vermogen kan worden bereikt met de VLTI, maar deze interferometer levert geen kant-en-klare beelden af.
[2] De stofdeeltjes moeten groot genoeg zijn om te garanderen dat het sterlicht ze kan wegduwen, maar niet zo groot dat ze simpelweg neerdalen. Als ze te klein zijn, gaat het sterlicht in feite dwars door het stof heen; als ze te groot zijn, laten ze zich niet wegduwen. Het stof dat het team rond VY Canis Majoris heeft waargenomen, heeft precies de juiste grootte om zich op effectieve wijze door het sterlicht te laten verdrijven.
[3] De explosie staat naar astronomische maatstaven al voor de deur, maar er is geen reden voor ongerustheid: de catastrofale gebeurtenis zal waarschijnlijk nog honderdduizenden jaren op zich laten wachten. Vanaf de aarde gezien zal het een spectaculair schouwspel zijn – misschien wel zo helder als de maan. Maar het vormt geen bedreiging voor het leven op onze planeet.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek verschijnen in het artikel ‘Large dust grains in the wind of VY Canis Majoris’, van P. Scicluna et al., dat in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit P. Scicluna (Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics, Taiwan), R. Siebenmorgen (ESO, Garching, Duitsland), J. Blommaert (Vrije Universiteit Brussel, België), M. Kasper (ESO, Garching, Duitsland), N.V. Voshchinnikov (Universiteit van St. Petersburg, Rusland), R. Wesson (ESO, Santiago, Chili) en S. Wolf (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Duitsland).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. 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 waarnemingslocaties 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 specifiek 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. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
