IC 10, een sterrenstelsel vol potentiële bronnen van zwaartekrachtsgolven

Credit: X-ray: NASA/CXC/UMass Lowell/S.Laycock et al. Optical: Bill Snyder Astrophotography

Zie hier IC 10, een onregelmatig sterrenstelsel, dat in 1887 ontdekt is door de Amerikaanse sterrenkundige Lewis Swift. Hij zag IC 10 nog aan als een oplichtende wolk van gas en stof, maar nu weten we dat het een compleet sterrenstelsel is, dat met een afstand van 2,2 miljoen lichtjaar net zo ver weg ligt als het Andromedastelsel. Het maakt dan ook deel uit van de Lokale Groep van sterrenstelsels, waar onder andere de Melkweg, het Andromedastelsel (M31) en het Driehoeksstelsel (M33) toe behoren. IC 10 is een zogeheten ‘starburst galaxy’, mmmm…. hoe heet dat in het Nederlands, een starburststelsel wellicht? In zo’n sterrenstelsel worden sterren gevormd in een veel hoger tempo dan in ons Melkwegstelsel. Met de Amerikaanse röntgentelescoop Chandra, die in een satelliet in een baan om de aarde zweeft, zijn in IC 110 maar liefst 110 bronnen van röntgenstraling ontdekt, hoogenergetische bronnen die voor een deel systemen zijn, waar een neutronenster of zwart gat materiaal opslurpt van een nabije ster, dat vervolgens in een accretieschijf terecht komt en dan verhit wordt en röntgenstraling uitzendt. Op de foto hieroven zie je die bronnen als de puntjes met een blauwe gloed. Van die systemen zal een deel zich ontwikkelen tot een systeem met twee neutronensterren of zwarte gaten en die zullen dan vervolgens na verloop van tijd sneller om elkaar heendraaien en ten slotte samensmelten tot één zwart gat. Als dat zo is zullen ze zwaartekrachtsgolven uitstralen, die op aarde gedetecteerd kunnen worden met instrumenten zoals LIGO in de VS en VIRGO in Europa. Met LIGO zijn al drie keer zwaartekrachtsgolven afkomstig van smeltende paren van zwarte gaten ontdekt. IC 10 bevat daarmee talloze potentiële nieuwe bronnen van zwaartekrachtsgolven. In de gaten houden dat stelsel!

Bron: Chandra.

Planetenstelsel TRAPPIST-1 is ouder dan het zonnestelsel

Credit: NASA/JPL-Caltech

Hoe groot is de kans op leven op een planeet? Om deze vraag te beantwoorden is het belangrijk om de leeftijd van de moederster te bepalen. Jonge sterren staan immers bekend om het feit dat ze energierijke uitbarstingen produceren, die vaak krachtig genoeg zijn om een planeet geheel te steriliseren. Bovendien zijn bij pasgeboren sterren de omloopbanen van de planeten vaak instabiel en dat is ook niet bevorderlijk.

Laten we eens de planeten bij TRAPPIST-1 als voorbeeld nemen. Deze ultrakoele dwergster wordt namelijk vergezeld door een hele familie van rotsplaneten, waarvan sommige zich in de leefbare zone bevinden. Dat maakt ze interessante doelwitten voor astrobiologen! Maar hoe oud is de moederster? Nou, sinds kort weten we het: TRAPPIST-1 moet zo’n 5.5 tot 10 miljard jaar oud zijn en da’s ouder dan het zonnestelsel. Dat betekent dat de planeten die rondom deze ster draaien allemaal veel ouder zijn dan de aarde (die circa 4.5 miljard jaar oud is).

Toen het planetenstelsel van TRAPPIST-1 voor het eerst ontdekt werd, waren sterrenkundigen van mening dat deze ultrakoele dwergster minimaal 500 miljoen jaar oud zou moeten zijn. Dat is namelijk de tijd die sterren met een lage massa (in dit geval 8 procent de massa van de zon) nodig hebben om te krimpen tot hun minimale grootte, niet veel groter dan de planeet Jupiter. Maar deze minimale leeftijd zegt natuurlijk niet zoveel – TRAPPIST-1 zou eventueel veel ouder dan de zon kunnen zijn.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Nu heeft men de leeftijd in meer detail kunnen bepalen, door te kijken naar de snelheid waarmee de ster rondom de Melkweg draait (snelle sterren hebben vaak de neiging om ouder te zijn). Daarnaast heeft de chemische samenstelling van de ster de onderzoekers meer kunnen vertellen over diens leeftijd, evenals het aantal waargenomen sterrevlammen. Uit deze gegevens, gecombineerd met modellen, zijn onderzoekers tot de conclusie gekomen dat TRAPPIST-1 minimaal 5.5 miljard jaar oud moet zijn, met een bovenlimiet van bijna 10 miljard jaar.

Goed, aangezien TRAPPIST-1 behoorlijk oud is, moeten de omloopbanen van de planeten heel stabiel zijn – dat is goed nieuws. Ook zal het qua ruimteweer vrij rustig zijn, aangezien TRAPPIST-1 zijn wilde haren heeft verloren en weinig superkrachtige uitbarstingen zal produceren. Minder goed nieuws is het feit dat alle planeten met dezelfde zijde naar hun moederster wijzen. Dat heet een getijdenslot en is de reden waarom we vanaf de aarde de achterkant van de maan nooit zien.

Maar waarom is dit slecht nieuws? Wel, dat betekent dat de planeten miljarden jaren lang onderhevig zijn geweest aan dampkring-erosie. Aangezien de planeten op korte afstand tot hun moederster staan (veel dichterbij dan de aarde bij de zon), bestaat er kans dat ze lang geleden van hun atmosfeer zijn gestript (als gevolg van een voortdurend bombardement van hoogenergetische straling). Hierbij zullen eventueel aanwezige oceanen verdampt zijn.

NASA/JPL-Caltech

Gelukkig is er goed nieuws: alle planeten bij TRAPPIST-1 hebben een lagere dichtheid dan de aarde, wat betekent dat ze wellicht een dikke, waterrijke dampkring hebben. Zo’n dampkring zal het oppervlak beschermen tegen straling en bovendien de warmte op zo’n planeet goed kunnen verdelen. Dat laatste is geen overbodige luxe, aangezien bij deze planeten het ene halfrond altijd naar hun zon gericht staat, terwijl het andere halfrond in eeuwige duisternis gehuld is.

Wat dit alles betekent voor de leefbaarheid van de planeten bij TRAPPIST-1 moet nog blijken. Maar als zich leven heeft ontwikkeld op deze planeten, dan moet dit leven behoorlijk gehard zijn. Het heeft immers miljarden jaren lang enge scenario’s overleefd en dat is knap. Ook zal dit leven nog heel lang kunnen bestaan. Sterren met een lage massa doen immers veel langer met hun brandstof dan sterren zoals de zon. Het is de verwachting dat TRAPPIST-1 nog 900 keer langer zal branden dan de huidige leeftijd van het universum!

Maar hoe komt het eigenlijk dat sterren met een lage massa zo lang met hun brandstof doen? Je zou verwachten dat een ster zoals de zon veel meer waterstof bevat dan een rode dwergster en dat klopt ook wel. Punt is alleen dat bij zonachtige sterren de kern omgeven wordt door een stralingslaag. Deze zorgt ervoor dat materiaal in de kern niet kan mengen met materiaal in de mantel. Bij rode dwergen is het inwendige daarentegen geheel convectief. Dat betekent dat het materiaal in de kern constant ververst kan worden met verse waterstof!

Bron: NASA