Een internationaal team onder leiding van astronomen in Brazilië heeft ESO’s Very Large Telescope gebruikt om het oudste evenbeeld van de zon te identificeren en te onderzoeken dat tot nu toe is gevonden. De 250 lichtjaar verre ster HIP 102152 lijkt meer op de zon dan andere dubbelgangers, behalve dat hij bijna vier miljard jaar ouder is. Deze oude ‘lookalike’ biedt ons de uitgelezen kans om te onderzoeken hoe de zon er in de toekomst uit zal zien.
Uit de nieuwe waarnemingen volgt voor het eerst ook een duidelijk verband tussen de leeftijd en het lithiumgehalte van een ster. Bovendien zijn er aanwijzingen dat HIP 102152 in gezelschap is van rotsachtige, aardse planeten. Astronomen nemen de zon pas vierhonderd jaar met telescopen waar – slechts een oogwenk in de ongeveer 4,6 miljard jaar dat de zon bestaat. Het is heel moeilijk om de geschiedenis en de toekomstige evolutie van onze ster te onderzoeken, maar we kunnen dat doen door naar de schaarse sterren te zoeken die bijna identiek zijn aan de onze, maar zich in een ander ontwikkelingsstadium bevinden. Die zoektocht heeft nu een ster opgeleverd die vrijwel het exacte evenbeeld is van onze zon, maar dan 4 miljard jaar ouder – bijna een tastbare versie van de tweelingparadox [1].
Jorge Melendez (Universidade de São Paulo, Brazilië), leider van het onderzoeksteam en mede-auteur van het nieuwe artikel legt uit: ‘Al tientallen jaren zoeken astronomen naar solaire dubbelgangers, om meer te weten te komen over onze levengevende zon. Maar sinds de ontdekking van de eerste, in 1997, zijn er nog maar een paar gevonden. Nu hebben we met de VLT echter uitstekende spectra verkregen waarmee we dubbelgangers van de zon extreem nauwkeurig kunnen bekijken, om de vraag te beantwoorden of de zon bijzonder is.’
Het onderzoeksteam heeft twee dubbelgangers van de zon onderzocht [2]: een die jonger leek dan de zon (18 Scorpii) en een die ouder zou moeten zijn (HIP 102152). De astronomen hebben de UVES-spectrograph van de Very Large Telescope (VLT) van de ESO-sterrenwacht op Paranal gebruikt om het licht van deze sterren in zijn afzonderlijke kleuren te ontleden, zodat de chemische samenstelling en andere eigenschappen van het tweetal nauwkeurig onderzocht konden worden.
Daarbij is ontdekt dat HIP 102152 in het sterrenbeeld Steenbok de oudste solaire dubbelganger is die tot nu toe is opgespoord. Hij is naar schatting 8,2 miljard jaar oud – 3,6 miljard jaar ouder dan de zon. Met een leeftijd van ongeveer 2,9 miljard jaar blijkt 18 Scorpii inderdaad jonger te zijn dan de zon. Het onderzoek van de oude dubbelganger HIP 102152 stelt wetenschappers in staat om te voorspellen wat er op die leeftijd met onze zon gaat gebeuren. Daarbij is al een belangrijke ontdekking gedaan: ‘Een van de vragen die we wilden beantwoorden is of de samenstelling van onze zon normaal is,’ zegt Melendez. ‘En vooral, waarom hij zo’n vreemd laag lithiumgehalte heeft.’
Lithium, het derde element in het periodiek systeem, is samen met waterstof en helium bij de oerknal gevormd. Astronomen vragen zich al jaren af waarom de ene ster minder lithium bevat dan de andere. Met de nieuwe waarnemingen van HIP 102152 hebben astronomen flinke vooruitgang geboekt bij het oplossen van dit raadsel door een duidelijk verband te ontdekken tussen de leeftijd van een zonachtige ster en zijn lithiumgehalte.
Onze eigen zon heeft nu slechts één procent van de hoeveelheid lithium die aanwezig was in het materiaal waaruit hij is gevormd. Onderzoek van jongere dubbelgangers van de zon heeft aanwijzingen opgeleverd dat deze aanzienlijk grotere hoeveelheden lithium bevatten. Maar tot nu toe konden wetenschappers geen duidelijk verband ontdekken tussen leeftijd en lithiumgehalte [3].
TalaWanda Monroe (Universidade de São Paulo), hoofdauteur van het nieuwe onderzoeksartikel, concludeert: ‘We hebben geconstateerd dat HIP 102152 een heel laag lithiumgehalte vertoont. Daarmee is voor het eerst duidelijk aangetoond dat oudere dubbelgangers van de zon inderdaad minder lithium bevatten dan onze eigen zon en zijn jongere dubbelgangers. We kunnen er nu zeker van zijn dat sterren in de loop van hun bestaan op de een of andere manier lithium afbreken, en dat het lithiumgehalte van de zon normaal is voor zijn leeftijd.’ [4]
Een bijzondere ontdekking is ook dat HIP 102152 een ongebruikelijk chemisch patroon vertoont dat subtiel verschilt van dat van de meeste andere dubbelgangers van de zon, maar vergelijkbaar is met dat van de zon zelf. Beide vertonen een tekort aan elementen die veel voorkomen in meteorieten en op aarde. Dat vormt een sterke aanwijzing dat HIP 102152 wellicht in gezelschap is van rotsachtige, aardse planeten [5].
Noten
[1] Veel mensen hebben wel eens gehoord van de tweelingparadox: een astronaut die met zeer hoge snelheid een ruimtereis maakt, blijkt bij terugkeer op aarde opeens jonger te zijn dan zijn thuisgebleven tweelingbroer. Hoewel het niet gaat om een reis in de tijd, hebben we hier te maken met twee zeer vergelijkbare sterren met duidelijk verschillende leeftijden – snapshots van het leven van de zon in verschillende stadia.
[2] Veel sterren vertonen op het eerste gezicht sterke overeenkomsten met onze zon. Maar slechts enkele van deze zonachtige sterren zijn echte dubbelgangers, met vergelijkbare massa, temperatuur en chemische samenstelling.
[3] Eerdere onderzoeken hebben uitgewezen dat het lithiumgehalte van een ster ook kan worden beïnvloed als er reuzenplaneten in het spel zijn (eso0942, eso0118, Nature-artikel), al staan deze resultaten ter discussie (ann1046).
[4] Het is nog onduidelijk hoe de sterren lithium afbreken. Wel zijn verscheidene processen voorgesteld die lithium van het oppervlak van de ster naar diepere lagen kunnen transporteren, waar het vervolgens wordt vernietigd.
[5] Als een ster minder van de elementen bevat die doorgaans in rotsachtige hemellichamen worden aangetroffen, geeft dat aan dat er waarschijnlijk aardse planeten om de ster cirkelen, omdat dergelijke planeten deze elementen tijdens hun ontstaansproces aan zich binden. De indruk dat HP 102152 zulke planeten in zijn gevolg heeft wordt nog versterkt door onderzoek met de HARPS-spectrograaf van ESO, dat erop wijst dat zich in de leefbare zone rond de ster geen reuzenplaneten bevinden. Dat vergroot de kans op de aanwezigheid van aarde-achtige planeten: in stelsels met reuzenplaneten in de naaste omgeving van de ster raken de baanbewegingen van deze kleine, rotsachtige werelden gemakkelijk verstoord.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘High precision abundances of the old solar twin HIP 102152: insights on Li depletion from the oldest Sun’ van TalaWanda Monroe et al. in the Astrophysical Journal Letters.
Het onderzoeksteam bestaat uit TalaWanda R. Monroe, Jorge Meléndez (Universidade de São Paulo, Brazilië [USP]), Iván Ramírez (University of Texas te Austin, VS), David Yong (Australian National University, Australië [ANU]), Maria Bergemann (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Duitsland), Martin Asplund (ANU), Jacob Bean, Megan Bedell (University of Chicago, VS), Marcelo Tucci Maia (USP), Karin Lind (University of Cambridge, VK), Alan Alves-Brito, Luca Casagrande (ANU), Matthieu Castro, José-Dias do Nascimento (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Brazilië), Michael Bazot (Centro de Astrofísica da Universidade de Porto, Portugal) en Fabrício C. Freitas (USP).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. 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 uitsluitend 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. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
