Nieuwe sterren regelen hun eigen massa

Een zeer gedetailleerde 3D-simulatie heeft misschien het mysterie opgelost van hoe de massa van sterren wordt gereguleerd. Vermoedelijk is stervorming een zelfregulerend proces.

Astrofysici hebben misschien ontdekt dat sterren hun eigen massa bepalen tijdens hun ontstaan.

De onthulling kan eindelijk het mysterie oplossen waarom sterren die gedurende miljarden jaren in radicaal verschillende omstandigheden in het heelal zijn ontstaan vergelijkbare massa’s hebben, ondanks het feit dat het tegenovergestelde waar zou moeten zijn. Deze puzzel is er een die wetenschappers al tientallen jaren bezighoudt.

De bevindingen werden onthuld in 3D-simulaties met de hoogste resolutie van stervorming die ooit zijn gemaakt. Hieruit blijkt dat de geboorte van sterren een zelfregulerend proces lijkt te zijn met feedback van sterren die het massabereik bepalen.

De simulaties zijn het werk van het STARFORGE-project dat is opgericht door astrofysici van verschillende instellingen.

Naast het helpen van astrofysici bij het modelleren van de massaverdeling van sterren – ook bekend als de initiële massafunctie (IMF) – kunnen de bevindingen belangrijke implicaties hebben voor het begrip van de levensprocessen van sterren en de evolutie van sterrenstelsels.

Het begrijpen van de initiële massafunctie van de sterren is zo’n belangrijk probleem omdat het invloed heeft op de astrofysica over de hele linie, van nabijgelegen planeten tot verre sterrenstelsels. Dit zegt STARFORGE-teamlid Claude-André Faucher-Giguère. Het komt omdat sterren een relatief eenvoudig DNA hebben. Als je de massa van een ster kent dan weet je de meeste dingen over de ster: hoeveel licht hij uitstraalt, hoe lang hij zal leven en wat er mee zal gebeuren als hij sterft.

Dit betekent, volgen Faucher-Giguère, dat de verdeling van stellaire massa’s daarom van cruciaal belang is om te begrijpen of planeten die rond sterren draaien mogelijk leven kunnen ondersteunen en ook hoe verre sterrenstelsels eruit zien.

Sterren worden geboren in gebieden in de ruimte die gevuld zijn met gigantische koele gas- en stofwolken. De zwaartekracht zorgt ervoor dat er dichte klonten materie ontstaan. Terwijl de materie van deze klonten naar binnen valt botst het waardoor er warmte ontstaat die helpt bij het ontstaan van een nieuwe ster oftewel een protoster.

Deze protosterren zijn omgeven door roterende schijven van stof en gas. In zo’n schijf kunnen planeten ontstaan net zoals ongeveer 4,6 miljard jaar geleden in ons zonnestelsel gebeurde. Of de planeten die deze protoplanetaire schijf vormen leven in stand kunnen houden hangt gedeeltelijk af van de massa van hun moederster.

Dat betekent dat stervorming en ons begrip ervan de sleutel is om uit te zoeken of er elders in het heelal leven kan bestaan en waar deze zoektocht zich in de toekomst op zou moeten richten.

Sterren zijn de atomen van de Melkweg. Hun massaverdeling bepaalt of er planeten zullen ontstaan en of er leven kan ontstaan.

Maar het modelleren van het IMF was moeilijk voor onderzoekers. Dit komt gedeeltelijk omdat wetenschappers hebben ontdekt dat ongeacht waar ze in ons sterrenstelsel kijken, of het nu jonge sterrenhopen zijn of miljarden jaren oude bolhopen, dezelfde verhoudingen van stermassa – het IMF – aantreffen.

Sterren die veel groter zijn dan onze Zon vormen slechts één procent van de pasgeboren sterren. Voor elk van deze zijn er tien sterren met massa’s zoals de Zon en zijn er 30 dwergsterren. Deze balans is hetzelfde in sterrenhopen in ons sterrenstelsel en in omringende dwergsterrenstelsels, ook al zijn de omstandigheden heel anders. Het IMF zou ook radicaal moeten variëren maar dat doet het niet. In plaats daarvan lijkt het universeel te zijn.

Astronomen vragen zich al heel lang af waarom dit zo is. De simulaties van STARFORGE volgen sterren vanaf hun geboorte tot het natuurlijke eindpunt van hun formatie om dit mysterie op te lossen.

De STARFORGE-simulaties, de eerste die inzoomt op en het ontstaan van afzonderlijke sterren in gigantische gaswolken volgt, laten zien dat stellaire feedback in de vorm van lichtemissies en het verlies van massa door stellaire winden en jets jonge sterren in staat stelt om te interageren met hun omgeving. Deze feedback werkt om de zwaartekracht tegen te werken en vormt de massa naar dezelfde verdeling.

Andere simulaties hebben rekening gehouden met stellaire feedback maar dit zijn de eerste die gelijktijdig stervorming, evolutie en dynamiek modelleren samen met feedback en nabijgelegen supernova-activiteit om te zien hoe deze afzonderlijke elementen de stervorming beïnvloeden.

Het onderzoek van het team is gepubliceerd in de laatste editie van de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Eerste publicatie: 23 augustus 2022
Bron: space.com, starforge