170 jaar geleden explodeerde Eta Carinae en astronomen denken te weten waarom

Eta Carinae
Opname van Eta Carinae, de ster is omringd door materie die de ster zelf heeft uitgestoten. Credit: J. Morse (Arizona State U.), K. Davidson (U. Minnesota) et al., WFPC2, HST, NASA

Eta Carinae is een dubbelstersysteem op een afstand van ongeveer 7500 lichtjaar in het sterrenbeeld Carina. Het stersysteem heeft een gecombineerde helderheid van meer dan 5 miljoen zonnen en het is daarmee een van de helderste sterren in ons sterrenstelsel. Ongeveer 170 jaar geleden, tussen 1837 en 1858, vond er een uitbarsting plaats die veel weg had van een zware supernova waarmee het tijdelijk de op een na helderste ster aan de hemel werd.

Vreemd genoeg verwoestte de uitbarsting niet het hele stersysteem en daarom vragen astronomen zich af wat er nu precies voor die gigantische uitbarsting heeft gezorgd. Met dank aan nieuwe gegevens die zijn verkregen middels een soort van forensische astronomie denkt een team van astronomen nu te weten wat er precies is gebeurd.

Beide studies werden geleid door Nathan Smith van het Steward Observatorium van de Universiteit van Arizona met teamleden van het Space Telescope Science Institute (STSI), het National Optical Astronomical Observatory (NOAO), Het Millennium Institute of Astrophysics, het Harvard-Smithsonian Institute for Astrophysics (CfA), het Cerro Tololo Inter-American Observatory en verschillende universiteiten.

Hun onderzoeken werden gepubliceerd onder de titel “Exceptionally fast ejecta seen in light echoes of Eta Carinae’s Great Eruption” en “Light echoes from the plateau in Eta Carinae’s Great Eruption reveal a two-stage shock-powered event” zijn onlangs gepubliceerd in de Monthly Notices van de Royal Astronomical Society.

In hun eerste onderzoek geven de auteurs aan hoe ze de “lichtecho’s” die door de explosie zijn geproduceerd, hebben bestudeerd. Deze lichtecho’s reflecteerden op het interstellaire stof en zijn nu vanaf de Aarde zichtbaar. Ze zagen dat de uitbarsting resulteerde in materiaal dat 20 keer sneller expandeert dan voorheen bij supernova’s is waargenomen.

In het tweede onderzoek onderzocht het team de ontwikkeling van de curve van de lichtecho en die liet zien dat er voor 1845 spikes zijn geweest die tot 1858 op een gelijk niveau bleven en daarna weer tijdens een periode van 10 jaar afnamen. Eigenlijk kwamen de waargenomen snelheden en lichtcurve overeen met de schokgolf van een supernova-explosie in plaats van een relatief langzame en rustige winden die door zware sterren tijdens hun laatste levensfase worden uitgestoten.

De lichtecho’s werden voor het eerst gezien op opnames die in 2003 waren gemaakt door telescopen van de Cerro Tololo Inter-American sterrenwacht in Chili. Voor hun onderzoek werden ook spectrale data van de Magelhan telescopen van de Las Campanas sterrenwacht en de Gemini South telescoop in Chili bestudeerd. Hiermee konden de onderzoekers het licht meten en de snelheid van de expansie bepalen en die bedroeg meer dan 32 miljoen kilometer per uur.

Het Eta carinase systeem
Illustratie van een mogelijk scenario voor de sterke uitbarsting die 170 jaar geleden werd gezien van het Eta Carinae systeem. Credit: HubbleSite.com

Gebaseerd op deze drie data stellen de onderzoekers dat de uitbarsting vermoedelijk is ontstaan als gevolg van een oorlog tussen drie sterren waarbij één ster is vernietigd en de andere twee in een dubbelstersysteem zijn achtergebleven. Deze strijd heeft vermoedelijk geleid tot een gigantische explosie toen Eta Carinae een van zijn twee begeleiders opslokte en er meer dan 10 zonsmassa aan materie de ruimte in werd geslingerd. De weggeslingerde massa zorgde voor een enorme bipolaire nevel die we de Homunculusnevel noemen en die we tegenwoordig nog steeds kunnen zien.

In het scenario dat de onderzoekers schetsen is Eta Carinae begonnen als een drievoudig stersysteem met twee zware sterren die op korte afstand om elkaar heen draaien en een derde ster op grotere afstand. Toen de zwaarste van de dubbelsterren aan het eind van zijn leven kwam begon die op te zwellen en werd er materie overgedragen naar de iets kleinere begeleider. Hierdoor kreeg de kleinere ster net genoeg energie om zijn buitenste lagen af te stoten maar niet om volledig vernield te worden.

De begeleidende ster zou gegroeid zijn naar 100 zonsmassa en extreem helder zijn. De andere ster die nog een 30 zonsmassa was zou van zijn lagen waterstof zijn ontdaan waarbij de hete heliumkern bloot kwam te liggen. Dit is een bekend stadium in de evolutie van zware sterren.

De overdracht van materie zou hebben geleid in een verstoring van de gravitationele balans in het systeem waardoor de heliumkern-ster weg bewoog van zijn nu zware begeleider en uiteindelijk zo ver weg was dat er een reactie met de buitenste derde ster op gang kwam. Hierdoor zou de derde ster naar binnen zijn gaan bewegen richting de zwaarste ster en er uiteindelijk mee zijn versmolten. Tijdens dit samensmeltingsproces zou veel materie zijn uitgestoten.

In eerste instantie zou tijdens de samensmelten materie langzaam en gelijkmatig zijn verspreid maar toen de twee sterren uiteindelijk in elkaar opgingen vond er een explosieve uitbarsting plaats waarbij materie 100 maal sneller werd weggeblazen. Dit materiaal kwam weer in botsing met het langzaam verspreidde materiaal, duwde dit voort waarbij het werd verhit en begon te gloeien. Dit gloeiende materiaal was de belangrijkste lichtbron die astronomen 170 jaar geleden waarnamen.

Uiteindelijk kwam de kleinere heliumkern-ster in een elliptische baan om zijn zware tegenhanger terecht en passeert iedere 5,5 jaar de buitenste lagen van deze ster waarbij er schokgolven van röntgenstraling ontstaan. Volgens de onderzoekers verklaart deze uitleg niet alles wat er wordt waargenomen in Eta Carinae maar verklaart het wel zowel het helderder worden als het feit dat de ster nog bestaat.

Deze twee onderzoeken werpen een nieuw licht op het mysterie hoe Eta Carinae schijnbaar als een zware supernova explodeerde maar toch een zware ster en een nevel achterliet. Een beter begrip van de natuurkunde achter de explosie van Eta Carinae zou astronomen kunnen helpen om meer te leren over de gecompliceerde interacties die plaatsvinden in dubbelster- en meervoudige stersystemen en die zijn belangrijk voor onze kennis over de evolutie en dood van zware sterren.

 

Further Reading: HubbleSite, MNRAS, MNRAS (2)

 

https://www.universetoday.com/139756/170-years-ago-eta-carinae-erupted-dramatically-astronomers-now-think-they-know-why/