Terwijl stervende sterren hun laatste levensadem uitblazen, sprenkelen ze voorzichtig hun as in de kosmos door de prachtige planetaire nevels. Deze as, verspreid via stellaire winden, is verrijkt met veel verschillende chemische elementen, waaronder koolstof. De bevindingen van een onderzoek dat vandaag in Nature Astronomy is gepubliceerd, tonen aan dat de laatste ademhalingen van deze stervende sterren, ‘witte dwergen’ genoemd, licht werpen op de oorsprong van koolstof in de Melkweg.

“De bevindingen leggen nieuwe, strikte beperkingen op aan hoe en wanneer koolstof werd geproduceerd door sterren van ons sterrenstelsel, en kwamen terecht in de grondstof waaruit de zon en zijn planetaire systeem 4,6 miljard jaar geleden werden gevormd”, zegt Jeffrey Cummings, een Associate Research Wetenschapper bij de afdeling Physics & Astronomy van de Johns Hopkins Universiteit.

Koolstofrijke

Over de oorsprong van koolstof, een element dat essentieel is voor het leven op aarde, in de Melkweg wordt nog steeds gediscussieerd onder astrofysici: sommigen zijn voorstander van sterren met een lage massa die hun koolstofrijke omhulsels bliezen door stellaire winden, werden witte dwergen, en anderen plaats de belangrijkste plaats van koolstofsynthese in de winden van massieve sterren die uiteindelijk explodeerden als supernovae. Met behulp van gegevens van het Keck-observatorium bij de top van de Mauna Kea-vulkaan op Hawaï, verzameld tussen augustus en september 2018, analyseerden de onderzoekers witte dwergen die tot de open sterrenhopen van de Melkweg behoren. Open sterrenhopen zijn groepen van maximaal enkele duizenden sterren die bij elkaar worden gehouden door wederzijdse aantrekkingskracht.

Geboortemassa

Uit deze analyse heeft het onderzoeksteam de massa van de witte dwergen gemeten en met behulp van de theorie van de stellaire evolutie ook hun massa bij de geboorte berekend. De verbinding tussen de geboortemassa’s en de uiteindelijke witte dwergmassa’s wordt de initiële-finale massarelatie genoemd, een fundamentele diagnose in de astrofysica die de hele levenscycli van sterren omvat. Eerder onderzoek vond altijd een toenemende lineaire relatie: hoe zwaarder de ster bij de geboorte, hoe zwaarder de witte dwerg bij zijn dood.

Witte dwergen

Maar toen Cummings en zijn collega’s de initiële-definitieve massa-relatie berekenden, waren ze geschokt toen ze ontdekten dat de witte dwergen uit deze groep open clusters een grotere massa hadden dan astrofysici eerder dachten. Deze ontdekking, realiseerden ze zich, brak de lineaire trend die andere studies altijd hebben gevonden. Met andere woorden, sterren die ongeveer 1 miljard jaar geleden in de Melkweg zijn geboren, produceerden geen witte dwergen van ongeveer 0,60-0,65 zonsmassa’s, zoals algemeen werd aangenomen, maar ze stierven en lieten meer massieve overblijfselen achter van ongeveer 0,7-0,75 zonsmassa.

Kink

De onderzoekers zeggen dat deze kink in de trend verklaart hoe koolstof van sterren met een lage massa zijn weg naar de Melkweg vond. In de laatste fasen van hun leven produceerden sterren die twee keer zo massief waren als de zon van de Melkweg nieuwe koolstofatomen in hun warme interieur, transporteerden ze naar de oppervlakte en verspreidden ze uiteindelijk door zachte stellaire winden naar de omliggende interstellaire omgeving. De stellaire modellen van het onderzoeksteam geven aan dat het strippen van de koolstofrijke buitenmantel langzaam genoeg plaatsvond om de centrale kernen van deze sterren, de toekomstige witte dwergen, aanzienlijk in massa te laten groeien. Het team berekende dat sterren minstens 1,5 zonsmassa moesten hebben om de koolstofrijke as bij de dood te verspreiden.

Evolutie

De bevindingen, volgens Paola Marigo, een hoogleraar natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Padova en de eerste auteur van de studie, helpen wetenschappers de eigenschappen van sterrenstelsels in het universum te begrijpen. Door de theorieën over kosmologie en stellaire evolutie te combineren, verwachten de onderzoekers dat heldere koolstofrijke sterren die dicht bij hun dood staan, zoals de voorlopers van de witte dwergen die in deze studie zijn geanalyseerd, op dit moment bijdragen aan het licht dat wordt uitgestraald door zeer verre sterrenstelsels. Dit licht, dat de signatuur van nieuw geproduceerde koolstof draagt, wordt routinematig verzameld door de grote telescopen vanuit de ruimte en de aarde om de evolutie van kosmische structuren te onderzoeken. Daarom betekent dit nieuwe begrip van hoe koolstof wordt gesynthetiseerd in sterren ook een betrouwbaardere interpretator van het licht uit het verre universum.

Bron: Nature Astronomy

Geef een reactie

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

Share via
Copy link
Powered by Social Snap