Sterrenkundigen kijken in het oog van een stellaire orkaan

Credit: European Southern Observatory

Terwijl hij in verband met de corona in lockdown zat heeft de Australische student Yinuo Han (Universiteit van Sidney) samen met Peter Tuthill een model opgesteld voor een zeer zeldzaam verschijnsel, de Wolf-Rayet ster Apep, genoemd naar de Egyptische god van de chaos. Pakweg één op de honderd miljoen sterren is zo’n Wolf-Rayet ster (kortweg WR-ster), een zeer zware, heldere ster, die in z’n korte levensduur z’n elementen verbrand en die hard op weg is z’n buitenlagen als supernova weg te blazen en z’n kern te imploderen tot neutronenster of zwart gat. Nóg zeldzamer zijn WR-sterren die deel uitmaken van een binair systeem, die nog een compagnon hebben, óók een WR-ster. Apep is zo’n WR-ster ín een binair systeem, een dubbele WR-ster 8000 lichtjaar van de aarde staand (da’s gelukkig ver weg). Apep heeft een sterke sterrenwind, waarin hij enorme hoeveelheden koolstof de ruimte in blaast. Door z’n gravitationele interactie met de andere ster ontstaat zo een prachtig patroon om de sterren,l dat doet denken aan een orkaan, een stellaire orkaan. Op de foto hierboven zie je Apep met z’n begeleidende ster, als oog van deze stellaire orkaan.

Apep in het sterrenbeeld Norma. Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope

Wat Han en z’n mentor Tuthill deden was die stellaire orkaan beschrijven en verklaren. Het blijkt dat de stofstroom van koolfstof die Apep uitspuugt vier keer langzamer gaat dan de sterrenwind van de WR-ster. Het lijkt erop dat Apep hard op weg is om als gammaflitser te eindigen, iets dat voor het Melkwegstelsel een unicum zou zijn als die gedetecteerd zou worden.

De twee WR-sterren van Apep zijn zo’n 10 tot 15 keer zo zwaar als de zon, pakweg 100.000 keer zo helder. De oppervlaktetemperatuur van de zon is 5.500 graden, die van de twee sterren van Apep ongeveer 25.000 graden. De sterren draaien in 125 jaar om hun gemeenschappelijk zwaartepunt. De sterrenwind van Apep is enorm sterk: de snelheid van de winden is 12 miljoen km/uur, zo’n 1% van de lichtsnelheid. Het koolstof wat wordt uitgespuugd gaat daarentegen een stuk langzamer: een kwart van de snelheid van de sterrenwind. Dat heeft vermoedelijk te maken met de snelle rotatie van de WR-sterren, waarbij het koolstof weggeblazen wordt door langzamere winden bij de evenaar van de sterren. Hier het vakartikel van Han et al, verschenen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: Universiteit van Sidney.

ESO’s VLT legt details vast van de complexe interactie tussen botsende sterrenwinden

De windingen van Apep. Credit: ESO/Callingham et al.

Deze kronkelige maalstroom, vastgelegd door het VISIR-instrument van de Very Large Telescope (VLT) van ESO, heeft een explosieve toekomst in het vooruitzicht. Het is een stelsel van Wolf-Rayetsterren waarin zich waarschijnlijk een van de meest energierijke verschijnselen in het heelal gaat afspelen: een lange gammaflits.

‘Dit is het eerste stelsel in zijn soort dat we in onze eigen Melkweg hebben ontdekt’, aldus Joseph Callingham van ASTRON (het Nederlands instituut voor radioastronomie). Callingham is hoofdauteur van het onderzoeksverslag waarin de ontdekking van dit stelsel wordt gemeld [1]Callingham, inmiddels werkzaam bij het Nederlands Instituut voor Radioastronomie (ASTRON), deed een deel van dit onderzoek terwijl hij aan de Universiteit van Sydney samenwerkte met onderzoeksleider … Continue reading. ‘We hadden nooit verwacht dat we zo’n stelsel in onze eigen achtertuin zouden aantreffen.’

Apep in het sterrenbeeld Norma. Credit:ESO, IAU and Sky & Telescope

Het stelsel, bestaande uit een ‘nest’ van zware sterren omringd door een spiraal van stof, wordt officieel alleen aangeduid met saaie catalogusverwijzingen zoals 2XMM J160050.7-514245. De astronomen hebben er echter voor gekozen om dit fascinerende object een interessantere bijnaam te geven: ‘Apep’.

Apep dankt zijn bijnaam aan zijn golvende vorm, die doet denken aan een slang die zich om de centrale sterren heeft gewikkeld. Hij is vernoemd naar een oude Egyptische godheid, een reusachtige slang die symbool staat voor chaos – heel toepasselijk voor zo’n woest kolkend stelsel. Men geloofde dat Ra, de zonnegod, elke nacht de strijd met Apep aanging; door gebed en aanbidding zou Ra overwinnen en de zon terugkeren.

Gammaflitsen behoren tot de krachtigste explosies in het heelal. Hoewel ze maar enkele duizendsten van een seconde tot een paar uur duren, kunnen ze evenveel energie produceren als de zon gedurende haar hele leven. Van lange gammaflitsen, die langer dan twee seconden duren, wordt aangenomen dat ze worden veroorzaakt door de explosies van snel roterende Wolf-Rayetsterren.

Het hemelgebied rond Apep. Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgment: Davide De Martin

Sommige van de allerzwaarste sterren ontwikkelen zich tegen het einde van hun bestaan tot Wolf-Rayetsterren. Deze fase is van korte duur: Wolf-Rayetsterren verkeren slechts een paar honderdduizend jaar in deze toestand – een kosmische oogwenk. In die korte tijd stoten ze enorme hoeveelheden materie uit in de vorm van een krachtige sterrenwind. De uitgestoten materie kan daarbij snelheden van miljoenen kilometers per uur bereiken. Metingen hebben laten zien dat de sterrenwinden van Apep zich met een verbluffende snelheid van 12 miljoen km/u voortplanten.

Door deze sterrenwinden is een complex patroon van uitgestoten materie rond het drievoudige stersysteem, bestaande uit een dubbelster en een enkelvoudige ster die door de zwaartekracht bijeen worden gehouden, ontstaan. Hoewel er op de foto slechts twee sterachtige objecten te zien zijn, is het onderste object in werkelijkheid een compacte dubbele Wolf-Rayetster. Deze dubbelster is verantwoordelijk voor de sierlijke wervelingen rond Apep, die in het kielzog van de botsende sterrenwinden van de beide Wolf-Rayetsterren ontstaan.

In vergelijking met de enorme snelheid van de sterrenwinden van Apep vertoont de stofspiraal zelf een rustig tempo: hij ‘kruipt’ met een snelheid van minder dan 2 miljoen km/u naar buiten. Het grote verschil tussen de snelheid van de hevige sterrenwinden van Apep en die van de kalme spiraal ontstaat vermoedelijk doordat een van de sterren van de dubbelster zowel een snelle als een langzame wind uitstoot – in verschillende richtingen.

Dit zou betekenen dat de ster een bijna-kritische rotatie ondergaat, wat wil zeggen dat hij zo snel ronddraait dat hij bijna uit elkaar scheurt. Vermoed wordt dat een Wolf-Rayetster die zo snel ronddraait een lange gammaflits voortbrengt wanneer, aan het einde van zijn bestaan, zijn kern instort. Bron: ESO.

References[+]

References
1 Callingham, inmiddels werkzaam bij het Nederlands Instituut voor Radioastronomie (ASTRON), deed een deel van dit onderzoek terwijl hij aan de Universiteit van Sydney samenwerkte met onderzoeksleider Peter Tuthill. Het team maakte niet alleen gebruik van ESO-telescopen, maar ook van de Anglo-Australian Telescope van de Siding Spring-sterrenwacht in Australië.

De ‘progenitor’ van de kolossale supernova SN 2017ein is gevonden

Creatieve impressie van SN 2017ein. Credit: NASA, ESA, and J. Olmsted (STScI)

In mei 2017 ontdekten sterrenkundigen in het sterrenstelsel NGC 3938 in het sterrenbeeld Grote Beer vlakbij diens centrum een supernova, een exploderende ster. Het bleek te gaan om een type Ic supernova, eentje die, zoals je in mijn tweede overzicht van supernovae kunt zien, wordt omschreven als een ‘stripped core-collapse SNe’, wellicht ‘pair instability SNe’- een zware ster, die of in z’n eentje is geëxplodeerd of die een begeleider in de buurt heeft. De supernova in dit geval werd SN 2017ein genoemd en hij was zeer krachtig, zelfs vijf tot tien keer zo krachtig als andere type Ic supernovae.

SN 2017ein in mei 2017. Credit: Ron Arbour

Omdat NGC 3938 met een afstand van 65 miljoen jaar relatief dichtbij staat biedt dat de kans om meer te weten te komen over de oorsprong van de ster die SN 2017ein veroorzaakte. Daarom zijn onlangs twee teams van sterrenkundigen in de archieven gedoken van Hubble en ze zijn er in geslaagd om op foto’s uit 2007, destijds gemaakt met Hubble’s Wide Field Planetary Camera 2, de zogeheten ‘progenitor’ te traceren, de voorganger van de supernova, de zware ster die in 2017 kaboem ging. Op de foto hieronder zien je ‘m aangegeven – dubbelklikken om de foto te verhubbleriseren.

CreditL NASA, ESA, S. Van Dyk (Caltech), and W. Li (University of California)

De progenitor blijkt een blauwe ster te zijn, die extreem heet was, vermoedelijk een zogeheten Wolf-Rayetster. Ondanks die identificatie van de progenitor is nog niet duidelijk wat de ware aard van de ster is. Of het was een enkelvoudige ster met 45 tot 55 keer zoveel massa als onze zon, of het was een dubbelster, bestaande uit een ster van 60 tot 80 zonsmassa’s en een ster van ongeveer 48 zonsmassa’s. In het laatste geval zou de zwaarste ster zijn buitenste lagen van waterstof en helium zijn kwijtgeraakt aan zijn nabije begeleider. Over zo’n twee jaar zal het restant van de supernova zodanig zijn afgekoeld dat de sterrenkundigen meer over de progenitor te weten kunnen komen, of ’t een enkelvoudige ster of dubbelster is geweest. Over het onderzoek aan de progenitor van SN 2017ein zijn onlangs twee artikelen verschenen, deze die in juni in The Astrophysical Journal verscheen en deze die in oktober verscheen in The Montly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: Hubble.

Hubble ziet bellenblazende ster

WR 31a. Credit: ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt

In het centrum van deze prachtige opname van de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop bevindt zich de Wolf-Rayetster WR 31a, die zich bevindt op een afstand van 30.000 lichtjaar, in de richting van het sterrenbeeld Carina (De Kiel). De opvallende blauwe bubbel rondom WR 31a is een Wolf-Rayetnevel, een interstellaire wolk van stof, waterstof, helium en overige gassen. De nevel is gevormd door de interactie tussen het massaverlies van WR 31a en het interstellaire medium. De bubbel is zo’n 20.000 jaar geleden ontstaan en is aan het uitdijen met een snelheid van 220.000 km/u. Helaas is een Wolf-Rayetster geen lang leven beschoren – zijn totale levensduur is vaak slechts een paar honderdduizend jaar – een oogwenk in het leven van andere sterren, die miljoenen tot miljarden jaren oud kunnen worden. Wolf-Rayetsterren hebben een krachtige sterrenwind en stoten regelmatig dikke waterstoflagen uit. Ondanks dat een Wolf-Rayetster van oorsprong enkele tientallen zonnemassa’s weegt, blazen ze iedere 100.000 jaar bijna de helft van hun massa weg! Uiteindelijk zal iedere Wolf-Rayetster en dus ook WR 31a ontploffen als een spectaculaire supernova-explosie.

Bron: NASA

Massieve dubbelster is een bron van krachtige kosmische straling

CREDIT: NASA/C. Reed

Russische astronomen zijn erachter gekomen dat dubbelsterren met krachtige sterrewinden een aparte en voorheen onbekende bron vormen van hoogenergetische gammastraling. Massieve dubbelsterren die bestaan uit een hete Wolf-Rayetster en een zware (minimaal tien zonnemassa’s) OB-begeleider produceren flinke sterrewinden. Als de twee componenten dicht bij elkaar staan, zodat de sterrewinden met flinke kracht op elkaar beuken, resulteert dit in een heftige fotonenflux met een energiepotentie van meer dan honderd mega-elektronvolt.Astronomen vermoeden al langer dat hierbij krachtige gammastraling geproduceerd zou kunnen worden. Helaas is dergelijke straling alleen waargenomen bij de massieve dubbelster Eta Carinae, die bestaat uit een Wolf-Rayetster van 80 zonnemassa’s en een zware begeleider van 30 zonnemassa’s.Eta Carinae is het meest nabije voorbeeld van een dergelijke dubbelster, hoewel de afstand tot de aarde nog altijd een respectabele 8000 lichtjaar beslaat. Als je Eta Carinae op 30 lichtjaar van de aarde zou zetten, zou ze even helder stralen als een volle maan!Hoe dan ook, bij andere dubbelsterren van hetzelfde type is nooit gammastraling opgevangen – tot nu toe. De Russen hebben namelijk ontdekt dat de massieve dubbelster Gamma Velorum (met componenten van respectievelijk 30 en 10 zonnemassa’s) eveneens een bron van gammastraling is!Dit vormt een bevestiging voor wat astronomen al langer vermoeden: massieve dubbelsterren met minimaal één Wolf-Rayetster kunnen gammastraling produceren en hiermee dient bij toekomstige onderzoeken rekening gehouden te worden. Bron: EurekAlert!.

Een mooi maar explosief duo vastgelegd door Hubble: WR-ster Hen 2-427 en nevel M1-67

credit: ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt

Met de Hubble ruimtetelescoop is deze prachtige foto gemaakt van de ster genaamd Hen 2-427 (ook wel bekend als WR 124) en de nevel M1-67. De ster zie je in het centrum van de nevel en hij is er ook de bron van. Hen 2-427 is namelijk een zogeheten Wolf-Rayetster, een superhete en jonge ster, die continue massa verliest door een enorm sterke zonnewind. Het stertype is genoemd naar de Franse sterrenkundigen  Charles Wolf and Georges Rayet, die ze in 1867 ontdekten. Met een snelheid van 150.000 km/uur spuwt Hen 2-427 gassen uit in z’n omgeving en dat heeft afgelopen 10.000 jaar geleid tot de vorming van M1-67. WR-sterren zijn geen lang leven beschoren. Ze zullen hun massa snel verbruiken in kernfusieprocessen en dan na enkele miljoenen jaren exploderen als supernova, waarna ze een neutronenster of zwart gat worden. Bron: NASA.

Hubble ziet klein sterreneiland gevuld met supersterren

credit: ESA/Hubble & NASA

De Hubble-telescoop heeft een opname gemaakt van het sterrenstelsel SBS 1415+437, een onregelmatig dwergstelsel op een afstand van 45 miljoen lichtjaar. Dit sterrenstelsel is een zogenaamd Wolf-Rayet-sterrenstelsel – dat zijn starburst-stelsels met een ongewoon hoog aantal Wolf-Rayetsterren (een zeldzame categorie van hete en massieve sterren).Dit soort sterren bevatten tientallen zonnemassa’s en een superkrachtige sterrewind – net zoiets als de zonnewind, maar dan van orkaankracht. Als gevolg hiervan verliest zo’n ster bijzonder snel massa – in 100.000 jaar tijd kan een complete zonnemassa aan materiaal weggeblazen worden! Wolf-Rayetsterren zijn ook heet (tot wel 40 keer heter dan de zon) en belachelijk helder – een enkel exemplaar kan evenveel licht afgeven als miljoenen zonnen. Aangezien dit soort sterren zo intens zijn, zijn ze een kort leven beschoren. Live fast and die young, zeg maar. Na minder dan een miljoen jaar na geboorte zeggen dit soort sterren kaboem en vandaar dat ze zeldzaam zijn. In een gemiddeld sterrenstelsel zoals de Melkweg zijn er op ieder moment slechts enkele tientallen actief – maar dat geldt niet voor Wolf-Rayets-sterrenstelsels, waarin het stikt van die dingen.Hoe dan ook, een mooi plaatje, nietwaar? Kijk vooral ook naar de talloze prachtige achtergrondstelsels 😉 Bron: NASA.

Ruimtetelescoop onderzoekt unieke ster

Artist’s impression van de enorme gasschijf rond een zware, heldere Wolf-Rayet-ster die massa overdraagt aan een nabije begeleider. (NASA, ESA & G. Bacon (STScI)).

Astronomen zijn, met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop, meer te weten gekomen over een in 1963 ontdekte ster. De zware ster, die officieel NaSt1 heet maar de bijnam Nasty 1 heeft gekregen, vertoont unieke kenmerken. Bij zijn ontdekking werd Nasty 1 aangezien voor een ‘gewone’ Wolf-Rayet-ster, een hete ster met veel meer massa dan de zon. Aanvankelijk gingen astronomen ervan uit dat zulke sterren ontstaan doordat ze uit eigen beweging al vroeg hun waterstofrijke buitenlagen afstoten. Daardoor komt de heldere, hete heliumkern van de ster bloot te liggen en verandert hij in een Wolf-Rayet-ster. De ontdekking dat minstens zeventig procent van alle zware sterren deel uitmaken van dubbelsterren, heeft tot een bijstelling van dit model geleid. Volgens het nieuwe scenario is het massaverlies van de zware ster voor een belangrijk deel te wijten aan de zwaartekrachtsinvloed van een stellaire begeleider, die een groot deel van de waterstofmantel opslokt. De massa-overdracht in zo’n zwaar dubbelstersysteem verloopt echter niet altijd even efficiënt. Een deel van het aangetrokken waterstofgas wordt ‘gemorst’ en verzamelt zich in een schijf rond de dubbelster. Geschat wordt dat zo’n gasschijf slechts enkele duizenden jaren waarneembaar is – een oogwenk in het leven van een ster. De Hubble-waarnemingen wijzen erop dat Nasty 1 zich momenteel precies in die korte levensfase bevindt. De ster is omgeven door een platte gasschijf met een middellijn van drie biljoen kilometer. Zijn vermeende begeleider is overigens (nog) niet rechtstreeks waarneembaar. Daarin komt waarschijnlijk pas verandering als er een einde komt aan de massa-overdracht tussen beide sterren en de gasschijf vervliegt. Bron: Astronomie.nl.

‘Winderige’ reuzensterren eindigen met een knal

Credit: Avishay Gal-Yam, Weizmann Institute of Science.

Voor het eerst hebben astronomen kunnen aantonen dat Wolf-Rayetsterren hun korte leven afsluiten met een supernova-explosie. Dat blijkt uit waarnemingen van een supernova die in mei 2013 in het ongeveer 360 miljoen lichtjaar verre sterrenstelsel UGC 9379 te zien was.Een Wolf-Rayetster is meer dan twintig keer zo groot als de zon en minstens vijf keer zo heet. Zo’n kolossale ster bevat relatief weinig waterstof en produceert een intense ‘sterrenwind’ van deeltjes. Al een tijdje bestond het vermoeden dat Wolf-Rayetsterren op explosieve wijze aan hun eind komen. Maar het keiharde bewijs daarvoor ontbrak tot nog toe.Een internationaal team van astronomen, onder wie de Nederlander Paul Vreeswijk, heeft nu echter vastgesteld dat de voorloper van supernova 2013cu vrijwel zeker een Wolf-Rayetster was. Dat volgt uit spectroscopisch onderzoek van de naaste omgeving van de ster, dat nog geen zestien uur na het begin van de explosie werd verricht.Het onderzoek laat zien dat de eigenschappen van de ontplofte ster overeenkomen met die van een stikstofrijke Wolf-Rayetster. Ook vertoonde de ster kort vóór de explosie al een toegenomen massaverlies, precies zoals de modellen van ontploffende Wolf-Rayetsterren voorspellen. Bron: Astronomie.nl.

Centraal in deze planetaire nevel staat een smeulende… WC ster

Credit: ESA/Hubble & NASA

De prachtige foto van de planetaire nevel hierboven is gemaakt met de Hubble ruimtetelescoop. In het centrum daarvan staat de ster genaamd HD 184738 – bijgenaamd Campbell’s waterstofster, zo’n 2½° ten noorden van de bekende ster Albireo in het sterrenbeeld Zwaan. Een bijzondere ster, want hij behoort tot de zeldzame categorie van WC of [WC]  sterren, een variant van de Wolf-Rayet (WR) sterren. WR sterren zijn genoemd naar de twee Franse sterrenkundigen, Charles Wolf en Georges Rayet, die ze voor het eerst identificeerden in de 19e eeuw. Het zijn zeer zware sterren (>20 zonsmassa), die gedurende hun korte bestaan veel massa de ruimte in blazen. WC sterren hebben ook veel massa uitgespuwd, vandaar de omringende nevel rondom de hete, smeulende kern, maar ze zijn veel minder zwaar dan de WR sterren. Spuwen WR sterren veel stikstof uit, WC sterren spuwen veel koolstof (Carbon) uit, vandaar de C in hun naam. In de planetaire nevel rondom HD 184738 komt ook stof voor, vergelijkbaar met het materiaal waar de aarde ruim 4,5 miljard jaar geleden. De oorsprong van dat stof is niet bekend. Bron: NASA.