Hoe sterren zichzelf kaalplukken en veranderen in kosmische krachtpatsers
Sommige sterren overleven hun eigen stervensproces op een opmerkelijke manier. Ze blazen eerst hun hele buitenlaag de ruimte in, voordat ze als supernova ontploffen. Nieuw onderzoek laat zien hoe dat proces sneller en heftiger kan verlopen dan gedacht.
Het gaat om zware sterren, ongeveer twintig tot veertig keer zo zwaar als onze zon. Aan het einde van hun leven zwellen deze sterren op tot wat sterrenkundigen een rode superreus noemen: een enorme, opgeblazen ster. Daarna verliezen ze massa via een sterrenwind, een soort gasstroom die de ster de ruimte in blaast.
Hoe sterk die wind precies is, wisten onderzoekers tot nu toe niet goed. De gangbare modellen gingen ervan uit dat alleen de helderheid van de ster bepaalt hoeveel massa hij verliest. Maar een nieuwere theorie stelt dat ook de massa van de ster zelf meetelt, en dan op een lastige manier: hoe minder massa de ster nog heeft, hoe harder de wind blaast.
Een sneeuwbaleffect in de ruimte
Een team astronomen bouwde computersimulaties van sterren met deze nieuwe windformule. Ze gebruikten het programma MESA, dat de levensloop van sterren narekent, en vergeleken sterren van 10 tot 40 zonsmassa's.
Bij een ster van 25 zonsmassa's vonden ze dat deze nieuwe aanpak tot wel tien keer zoveel massaverlies voorspelt als de oude modellen. De reden is een soort sneeuwbaleffect. De helderheid van zo'n ster hangt vooral af van de kern, niet van de buitenste lagen. Als de ster massa verliest, blijft hij dus even helder, maar wordt hij lichter. En een lichtere ster met dezelfde helderheid blaast een nóg sterkere wind. Zo versterkt het proces zichzelf steeds verder, tot de ster zijn hele waterstoflaag kwijt is.
Volgens de berekeningen gebeurt dit vooral bij sterren die begonnen zijn met minstens ongeveer 20 zonsmassa's. Die sterren kunnen zich volledig ontdoen van hun waterstofmantel en veranderen in zogeheten Wolf-Rayet sterren: hete, naakte sterkernen zonder buitenlaag, die we herkennen aan een heel kenmerkend lichtspectrum. De onderzoekers checkten dit niet alleen aan de hand van temperatuur en helderheid, maar ook door het voorspelde licht van deze sterren na te bootsen met een apart model (PoWR) en te vergelijken met wat we van echte Wolf-Rayet sterren zien.
Sterren die lichter beginnen dan zo'n 20 zonsmassa's, blazen niet genoeg massa weg om helemaal kaal te worden. Zij zwellen na een latere fase van kernfusie juist weer op.
Wat betekent dit (nog) niet: dit is één onderzoek, gebaseerd op computersimulaties met een vrij nieuwe windformule die nog niet door iedereen wordt gebruikt. Het laat zien dat dit scenario mogelijk is, niet dat het ook daadwerkelijk zo gaat bij echte sterren. Toekomstige waarnemingen moeten uitwijzen of deze sterkere, massa-afhankelijke wind inderdaad de juiste beschrijving van de werkelijkheid is.
Waarom is dit interessant? Hoeveel massa een ster verliest vóór zijn dood, bepaalt mede wat voor soort supernova-explosie je krijgt. Sterren die gedeeltelijk zijn kaalgeplukt, leveren bijvoorbeeld een ander type supernova op (type IIb) dan sterren die hun waterstoflaag volledig behouden of juist helemaal kwijtraken. Dit onderzoek biedt dus een mogelijke verklaring voor hoe één enkele ster, zonder hulp van een begeleidende ster, toch als kale Wolf-Rayet ster kan eindigen.