Astronomen zien hoe zware sterren in hun vroegste jeugd massa inzuigen
Ergens diep in een koude, donkere gaswolk wordt op dit moment een zware ster geboren. Je kunt het niet zien met een gewone telescoop, want deze wolken zijn zo dicht dat licht er niet doorheen komt. Toch hebben astronomen nu voor het eerst op grote schaal kunnen meten hoe snel gas en stof naar binnen storten om zo'n ster te voeden.
Zware sterren, veel massiever dan onze zon, ontstaan in enorme, koude gaswolken. Op de plekken waar straks sterren gaan branden, zitten dichte klonten gas en stof die astronomen "cores" noemen: de bouwstenen van toekomstige sterren. Deze cores trekken onder hun eigen zwaartekracht steeds meer materiaal naar zich toe. Dat instortende proces heet "infall", het Engelse woord voor het naar binnen vallen van materie.
Een internationaal onderzoeksteam gebruikte de ALMA-telescoop, een netwerk van schotelantennes in Chili, om 135 van zulke cores te bestuderen. Deze cores bevinden zich in wolken die zo koud en dicht zijn dat ze zelfs voor infraroodlicht ondoorzichtig zijn, bekend als "70 micron dark clumps". Dat maakt ze de vroegst mogelijke snapshot van zware sterren in wording.
Bij 70 van de 135 cores kon het team precies berekenen hoe snel materie naar binnen valt. De snelheden liepen uiteen van 0,11 tot 1,60 kilometer per seconde. Dat klinkt misschien traag, maar bedenk dat het hier gaat om wolken die vele malen groter zijn dan ons zonnestelsel. De hoeveelheid massa die er per jaar bijkomt, varieerde van ongeveer een honderdduizendste tot vijf duizendste van de massa van onze zon per jaar.
Interessant is dat deze instortsnelheid niet overal gelijk is. Cores die nog helemaal aan het begin van hun ontwikkeling staan ("prestellaire kandidaten") vallen trager in dan cores die al warmer zijn geworden, en die weer trager dan cores die al gas naar buiten uitstoten in de vorm van jets. Hoe verder de ster in ontwikkeling is, hoe sneller het materiaal naar binnen stroomt.
De onderzoekers ontdekten ook dat de instortsnelheid dicht in de buurt komt van de theoretische maximale valsnelheid, de zogeheten vrije-val snelheid. Gemiddeld haalden de cores ongeveer 75 procent van die maximale snelheid. Dat betekent dat het instortproces behoorlijk snel en dynamisch verloopt, niet langzaam en traag zoals sommige modellen voorspelden.
Daarnaast vond het team een verband tussen de massa van een core en hoe snel die massa aangroeit: zwaardere cores groeien verhoudingsgewijs sneller. Deze relatie verandert ook met de levensfase van de core, wat erop wijst dat er onderweg verschillende fysische processen een rol spelen.
Wat betekent dit (nog) niet
Dit onderzoek geeft de eerste statistische metingen van dit proces, maar het is geen compleet beeld van hoe elke zware ster ontstaat. De cijfers zijn gemiddelden over een grote groep cores, met uiteenlopende snelheden en massa's. Verder onderzoek moet uitwijzen of deze patronen overal in het heelal gelden, of dat specifieke omstandigheden in deze wolken een rol spelen.
Waarom is dit belangrijk? Zware sterren bepalen voor een groot deel hoe sterrenstelsels evolueren: ze produceren zware elementen, blazen gas weg en eindigen vaak als supernova. Toch is hun allervroegste ontstaansfase nog slecht begrepen, juist omdat die zich verstopt in ondoorzichtige wolken. Door nu te meten hoe snel materie instroomt, komen astronomen een stap dichter bij het begrijpen van dit verborgen begin.