Met behulp van ESO’s Very Large Telescope heeft een internationaal team van astronomen de heetste en zwaarste dubbelster ontdekt waarvan de componenten zo dicht bij elkaar staan dat ze elkaar raken. De twee sterren in het extreme stelsel VFTS 352 staat mogelijk een dramatisch einde te wachten, waarbij ze ofwel samensmelten tot één reusachtige ster of in een dubbel zwart gat zullen veranderen. Het dubbelstersysteem VFTS 352 staat op een afstand van ongeveer 160.000 lichtjaar in de Tarantulanevel [1].
Dit opmerkelijke gebied is de meest actieve kraamkamer van nieuwe sterren in het nabije heelal, en bij nieuwe waarnemingen met ESO’s VLT [2] is ontdekt dat dit tweetal jonge sterren tot de meest extreme en vreemdste behoort die ooit zijn waargenomen. VFTS 352 bestaat uit twee zeer hete, heldere en zware sterren die in iets minder dan een dag om elkaar wentelen. De middelpunten van de sterren zijn slechts 12 miljoen kilometer van elkaar verwijderd [3]. Daarmee staan de twee sterren zo dicht bij elkaar dat hun oppervlakken elkaar overlappen en er een ‘brug’ tussen beide is ontstaan. VFTS 352 is niet alleen de zwaarste van deze kleine klasse van ‘symbiotische dubbelsterren, maar ook de heetste. Bij elkaar zijn de twee sterren ongeveer 57 keer zo zwaar als de zon en ze hebben oppervlaktetemperaturen van meer dan 40.000 graden Celsius. Extreme sterren zoals de twee componenten van VFTS 352 spelen een sleutelrol in de evolutie van sterrenstelsels en worden gezien als de belangrijkste producenten van zware elementen zoals zuurstof. Zulke dubbelsterren worden ook in verband gebracht met het exotische gedrag van zogeheten vampiersterren – dubbelsterren waarbij een kleine ster materie van het oppervlak van een veel grotere begeleider opzuigt (eso1230).
In het geval van VFTS 352 zijn beide sterren echter vrijwel even groot. Hierdoor wordt er geen materie tussen beide sterren uitgewisseld. Wel delen de sterren een deel van hun materie – naar schatting ongeveer dertig procent van het totaal [4]. Dubbelsterren als deze zijn heel zeldzaam, omdat deze fase in het leven van de sterren van korte duur is: ze laten zich dus niet gemakkelijk op heterdaad betrappen. Omdat de afstand tussen beide sterren zo klein is, denken astronomen dat sterke getijdenkrachten ervoor zorgen dat de materie in het inwendige van de twee sterren sterk vermengd wordt.
‘VFTS 352 is het beste geval dat tot nu toe is gevonden van een hete, zware dubbelster die deze mate van inwendige vermenging kan vertonen,’ zegt hoofdauteur Leonardo A. Almeida van de Universiteit van São Paulo, Brazilië. ‘In dat opzicht is het een fascinerende en belangrijke ontdekking.’ Astronomen voorspellen dat VFTS 352 een catastrofaal einde te wachten staat. Daarbij zijn twee scenario’s mogelijk. De ene mogelijkheid is dat de twee sterren samensmelten tot een snel roterende, en mogelijk magnetische, reuzenster. ‘Als deze snelle draaiing aanhoudt, zou de ster zijn leven kunnen eindigen met een van de meest energierijke explosies in het heelal: een zogeheten lange gammaflits,’ aldus Hugues Sana van de Universiteit van Leuven, een van de hoofdwetenschappers van het project [5].
De tweede mogelijkheid wordt uitgelegd door theoretisch astrofysicus Selma de Mink van de Universiteit van Amsterdam: ‘Als de sterren goed genoeg vermengd zijn, blijven ze allebei compact en komt het wellicht niet tot een samensmelting van VFTS 352. Dit zou ertoe leiden dat de evolutie van de twee objecten een wending neemt die compleet verschilt van de klassieke voorspellingen voor de evolutie van sterren. In het geval van VFTS 352 zouden de componenten hun leven waarschijnlijk afsluiten met een supernova-explosie, en veranderen in een tweetal zwarte gaten die op geringe afstand om elkaar draaien. Zo’n bijzonder object zou een sterke bron van zwaartekrachtsgolven zijn.’ [6] Als dit tweede scenario kan worden aangetoond, zou dat een observationele doorbraak zijn op het gebied van de stellaire astrofysica. Maar ongeacht hoe VFTS 352 aan zijn einde komt, het stelsel heeft nu al waardevolle nieuwe inzichten opgeleverd over het nog niet goed begrepen ontwikkelingsproces van zware symbiotische sterren.
Noten
[1] De aanduiding van de ster geeft aan dat hij is waargenomen in het kader van de VLT FLAMES Tarantula Survey, die gebruikmaakt van de instrumenten FLAMES en GIRAFFE van ESO’s Very Large Telescope (VLT). Daarbij worden meer dan 900 sterren onderzocht in het 30 Doradus-gebied van de Grote Magelhaense Wolk. De survey heeft al tal van spannende en belangrijke ontdekkingen opgeleverd, waaronder de snelst roterende ster (eso1147), een extreem zware ‘wegloopster’ en een solitaire zeer zware ster (eso1117). Hij helpt bij de beantwoording van vele fundamentele vragen over de wijze waarop zware sterren worden beïnvloed door rotatie, door eventuele begeleiders en door de dynamica van compacte sterrenhopen.
[2] Bij dit onderzoek is ook gebruik gemaakt van helderheidsmetingen van VFTS 352 die in de loop van twaalf jaar zijn gedaan in het kader van de OGLE-survey.
[3] De twee sterren staan te boek als O-sterren. Zulke sterren hebben doorgaans 15 tot 80 keer zoveel massa als de zon en produceren tot wel een miljoen keer zoveel licht. Met een oppervlaktetemperatuur van meer dan 30.000 graden Celsius zijn ze dermate heet, dat ze fel blauw licht uitstralen.
[4] Deze gebieden rond sterren staan bekend als Rochelobben. Bij een symbiotische dubbelster zoals VLTS 352 zijn de Rochelobben van beide sterren overvol.
[5] Gammaflitsen zijn uitbarstingen van zeer energierijke gammastraling die door om de aarde cirkelende satellieten worden gedetecteerd. Ze komen in twee soorten: korte (korter dan een paar seconden) en lange (langer dan een paar seconden). Lange gammaflitsen komen het meest voor. Vermoed wordt dat deze worden veroorzaakt door zware sterren die aan het eind van hun leven een zeer energierijke supernova-explosie ondergaan.
[6] Zwaartekrachtsgolven zijn een voorspelling van Einsteins algemene relativiteitstheorie. Het zijn rimpelingen in het weefsel van ruimte en tijd die zouden ontstaan wanneer een sterk zwaartekrachtsveld snel verandert, bijvoorbeeld bij het samengaan van twee zwarte gaten.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn gepresenteerd in het artikel ‘Discovery of the massive overcontact binary VFTS 352: Evidence for enhanced internal mixing’, van L. Almeida et al., in de Astrophysical Journal.
Het onderzoeksteam bestaat uit L.A. Almeida (Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, VS; Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, Brazilië), H. Sana (STScI, Baltimore, Maryland, VS; KU Leuven, België), S.E. de Mink (Universiteit van Amsterdam, Nederland), F. Tramper (Universiteit van Amsterdam), I. Soszynski (Warsaw University Observatory, Polen), N. Langer (Universität Bonn, Duitsland), R.H. Barba (Universidad de La Serena, Chili), M. Cantiello (University of California, Santa Barbara, VS), A. Damineli (Universidade de São Paulo, Brazilië), A. de Koter (Universiteit van Amsterdam; KU Leuven), M. Garcia (Centro de Astrobiologa (INTA-CSIC), Spanje), G. Gräfener (Armagh Observatory, VK), A. Herrero (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spanje; Universidad de La Laguna, Spanje), I. Howarth (University College London, VK), J. Maz Apellaniz (Centro de Astrobiologa (INTA-CSIC), Spanje), C. Norman (Johns Hopkins University, VS), O.H. Ramrez-Agudelo (Universiteit van Amsterdam) en J.S. Vink (Armagh Observatory, VK).
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.
