Twee fuserende sterren in de Pijl zorgen aan het einde van de eeuw voor vuurwerk

V Sagittae explodeert omstreeks 2083
Artist impressie van de twee sterren in het dubbelstersysteem V Sagittae. Volgens astronomen staan de twee sterren op het punten om te fuseren. Hierdoor worden ze erg helder. Vermoedelijk zal dit voor het einde van de eeuw plaatsvinden. Credit: LSU.

Als de twee sterren van het dubbelstersysteem V Sagittae omstreeks 2083 samensmelten ontstaat er een sterexplosie die we een “nova” noemen. Dan zal V Sagittae tijdelijk helderder zijn dan alle andere sterren in ons melkwegstelsel.

De afgelopen week vond op Honolulu, Hawaii de 235ste bijeenkomst van de American Astronomical Society plaats. Tijdens die bijeenkomst wisselen astronomen veel nieuwtjes uit. Een van die nieuwe berichten heeft betrekking op een nu nog zwakke ster. Het gaat om de ster V Sagittae (V Sge) in het sterrenbeeld Sagitta – Pijl. Deze ster is nu in middelgrote telescopen nauwelijks zichtbaar maar in de nabije toekomst, omstreeks 2083 heeft men berekend, zal deze ster even helder worden als Sirius. Sirius, in het sterrenbeeld Canis Major – Grote Hond is momenteel de helderste ster aan de sterrenhemel.

V Sagittae is een wat astronomen noemen cataclysmische veranderlijke ster. Astronomen zien de helderheid van de ster snel veranderen. Deze snelle helderheidsveranderingen worden flikkeringen genoemd. Deze flikkering is het resultaat van de relatie tussen de twee sterren in het dubbelstersysteem waarvan er eentje in een nauwe baan om de andere draait.

Een van de sterren is een doodnormale ster, enigszins vergelijkbaar met de Zon. De ander ester is een kleine, compacte witte dwerg. De helderheid verandert als er materie van de gewone ster op de witte dwerg valt. Er is een klassieke accretieschijf (vergelijkbaar met die we zien bij zwarte gaten) rond de witte dwerg. Materiaal van de gewone ster valt naar de accretieschijf waarna het naar beneden wordt getrokken naar het oppervlak van de witte dwerg.

Een ster verliest dus materie die naar een schijf valt rond een kleinere, erg compacte ster. Dat is een heel erg dynamisch geheel en dat kunnen we vanaf hele grote afstand waarnemen. Zouden we dit van dichtbij kunnen volgen dan zouden we klonten materie van allerlei grootte van de ene ster naar de andere zien bewegen. Waar dat materiaal de schijf raakt ontstaan er lichtere plekken en als het materiaal de witte dwerg raakt ontstaan er ter plekke aan het oppervlak nog helderdere vlekken. Mogelijk leidt het tot kleine zonnevlammen maar dat is iets dat wetenschappers nog niet goed kunnen verklaren. Een gedeelte van al deze activiteit is voor ons zichtbaar als snelle helderheidsveranderingen. Dit zijn snelheidsverandering met periodes van enkele secondes en dat is precies het flikkeren dat astronomen waarnemen.

Daarnaast begrijpen astronomen nu ook waarom de afstand tussen de twee sterren niet constant het. De twee sterren spiraliseren naar elkaar toe. De afstand wordt dus steeds kleiner en dat heeft gevolgen.

De komende tientallen jaren zal de ster snel helderder worden. Omstreeks 2083 trekt de witte dwerg zoveel materie aan dat het met enorme snelheden weer wordt weggeblazen. In de laatste dagen van de dodelijke spiraal valt alle massa van de gewone ster op de witte dwerg. Dit zorgt voor een enorme wind van de fuserende ster die dan net zo helder wordt als Sirius en mogelijk zelfs Venus in helderheid gaat overtreffen.

Per definitie zijn cataclysmische veranderlijken (CV’s afgekort) altijd dubbelsterren maar ze variëren nogal in hun gedrag. V Sge is de meest extreme van alle CV’s die astronomen kennen. De lichtsterkte is meer dan 100 * zo groot als alle andere bekende CV’s. V Sge wekt een enorm krachtige sterwind op die gelijk is aan de sterwinden die de zwaarste sterren opwekken vlak voor hun dood. Deze twee extreme eigenschappen worden veroorzaakt doordat de normale ster 3,9 * zo zwaar is als de witte dwerg. In alle andere bekende CV’s is de witte dwerg zwaarder dan de normale ster die er om heen draait. V Sge is dus best wel uniek.

V Sge was al eerder door astronomen bestudeerd want die realiseerden zich dat ze te maken hadden met een ongebruikelijk systeem met extreme eigenschappen. Echter, niemand had zich gerealiseerd dat de binaire baan erg snel naar binnen toe spiraliseert.

Dit besef kwam toen men routinemetingen van de helderheid van V Sge uit de archieven van het Harvard College Observatory bestudeerde. Deze waarnemingen gaan terug tot 1890.

De helderheid van V Sge is sinds 1890 met een factor tien toegenomen. Dat komt overeen met 2,5 magnitudes. Dit wordt bevestigd aan de hand van gegevens uit de archieven van de American Association of Variable Star Observers (AAVSO). Ook uit deze archieven blijkt een helderheidstoename van bijna een factor 10 (2,4 magnitude). De AAVSO-waarnemingen beslaan een periode van 1907 tot enkele jaren geleden.

Op 89 jaar tijd is de helderheid van V Sge dus enorm toegenomen. Dit kan alleen verklaard worden doordat er steeds sneller meer materie van de normale ster op de witte dwerg valt en dat komt dan weer doordat de baan van de normale ster steeds sneller kleiner wordt.

In afwachting van dit snel vervallen van de baan, is het lot van V Sge bezegeld. De kritische en eenvoudige fysica zijn afgeleid van V Sge met de begeleidende ster die veel massiever is dan de witte dwergster, waardoor de snelheid van massaoverdracht exponentieel stijgt. Kijkende naar de komende decennia zal V Sge in een snel tempo naar binnen spiraliseren waardoor de helderheid snel toeneemt. Onvermijdelijk zal deze spiraliserende beweging leiden tot een climax waarbij het grootste deel van de normale ester binnen enkele weken en dagen allemaal op de witte dwerg valt. Deze vallende massa zal een enorme hoeveelheid energie vrijmaken waardoor de stellaire wind als nooit eerder wordt versneld. Hierdoor zal de helderheid van het systeem een piek bereiken die met een supernova is te vergelijken.

Deze explosieve gebeurtenis zal gedurende meer dan een maand zijn maximale helderheid hebben. In die periode versmelten de twee sterren. Het eindresultaat van de fusie is een enkele ster met de gedegenereerde kern van een witte dwerg, een laag waar waterstof wordt verbrand en die wordt omringd door een grote bel van voornamelijk waterstof.

Uitgaande van de nieuwe gegevens wordt het mogelijk om direct de toekomstige evolutie van V Sge te berekenen, allemaal met behulp van standaard-vergelijkingen die de vele betrokken fysieke mechanismen beschrijven.

De onderzoekers zeggen dat hun berekeningen robuust zijn. Met andere woorden ze zijn er zeker van dat de fusie van de twee sterren omstreeks 2083 zal plaatsvinden.

De onzekerheid in deze datum is ± 16 jaar, voornamelijk als gevolg van het niet hebben van een perfecte maat voor de verdubbelingstijdschaal vanwege de grote intrinsieke ruis van de helderheid in de historische gegevens. Dat betekent dat de samensmelting van de twee sterren ongeveer tussen 2067 en 2099 plaatsvindt.

V Sge zal dus enorm helder worden aan de nachtelijke sterrenhemel. Dit zal ook veel helderder zijn dan de helderste nova die we ongeveer 100 jaar geleden hebben kunnen waarnemen. Deze nova haalde een helderheid van magnitude -0,5. De laatste keer dat een nova helderder leek was de supernova van Kepler in 1604.

 

Eerste publicatie: 10 januari 2020
Bron: diverse persberichten