Persbericht

De ster die niet zou mogen bestaan

31 augustus 2011

Een team van Europese astronomen heeft met behulp van ESO’s Very Large Telescope (VLT) een ster opgespoord die volgens velen niet zou mogen bestaan. Ze ontdekten dat deze ster naast waterstof en helium bijzonder weinig andere chemische elementen bevat. Deze opmerkelijke samenstelling plaatst hem in de ‘verboden zone’ van een breed geaccepteerde theorie voor stervorming, wat betekent dat hij eigenlijk nooit had mogen ontstaan. De onderzoeksresultaten verschijnen op 1 september 2011 in het tijdschrift Nature.

Een zwakke ster in het sterrenbeeld Leeuw, met de aanduiding SDSS J102915+172927 [1], blijkt minder elementen zwaarder dan helium (door astronomen ‘metalen’ genoemd) te bevatten dan alle andere sterren waarvan de samenstelling is onderzocht. De ster is lichter dan de zon en waarschijnlijk meer dan 13 miljard jaar oud.

"Een breed geaccepteerde theorie voorspelt dat sterren als deze, met weinig massa en een extreem laag metaalgehalte, niet kunnen bestaan, omdat de gaswolken waaruit ze gevormd zijn nooit konden condenseren",[2] zegt Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Duitsland, en Observatoire de Paris, Frankrijk), hoofdauteur van het artikel. "Het was verrassend om, voor het eerst, een ster in deze ‘verboden zone’ te ontdekken. Dat betekent dat we sommige stervormingsmodellen nog eens onder de loep moeten nemen."

Het team onderzocht de eigenschappen van de ster met de instrumenten X-shooter en UVES van de VLT [3]. Hiermee konden zij de relatieve hoeveelheden van de verschillende chemische elementen in de ster meten. Daarbij ontdekten de astronomen dat het metaalgehalte van SDSS J102915+172927 meer dan 20.000 keer lager is dan dat van de zon [4][5].

"De ster is zwak, en zo metaalarm dat we aanvankelijk de signatuur van slechts één element zwaarder dan helium – calcium – konden detecteren", zegt Piercarlo Bonifacio (Observatoire de Paris, Frankrijk), die leiding gaf aan het project. "We moesten de algemeen directeur van ESO om meer telescooptijd vragen, om het licht van de ster nog gedetailleerder op metalen te kunnen onderzoeken."

Kosmologen gaan ervan uit dat de lichtste chemische elementen – waterstof en helium – kort na de oerknal zijn ontstaan, samen met een beetje lithium [6]. Bijna alle andere elementen zouden later in sterren zijn gevormd. Supernova-explosies verspreiden het materiaal van sterren over het interstellaire medium, waardoor dit geleidelijk rijker wordt aan metalen. Uit dit verrijkte gas ontstaan nieuwe sterren, die dus meer metalen bevatten dan hun voorgangers. Het metaalgehalte van een ster zegt dus iets over zijn leeftijd.

"De ster die we onderzocht hebben is extreem metaalarm, wat betekent dat hij erg primitief is. Het zou een van de oudste sterren kunnen zijn die ooit zijn waargenomen", aldus teamlid Lorenzo Monaco (ESO, Chili).

Ook heel verrassend is het ontbreken van lithium in SDSS J102915+172927. De samenstelling van zο’n oude ster zou vergelijkbaar moeten zijn met die van het heelal kort na de oerknal. Het team stelde echter vast dat het lithiumgehalte van de ster zeker vijftig keer zo laag is als dat van de materie die bij de oerknal zou zijn ontstaan.

"Het is een raadsel hoe het lithium dat kort na het ontstaan van het heelal is gevormd in deze ster vernietigd kan zijn", voegt Bonifacio daaraan toe.

De onderzoekers wijzen er verder op dat deze bizarre ster waarschijnlijk niet uniek is. "We hebben nog verscheidene andere kandidaten opgespoord met metaalgehalten die vergelijkbaar zijn met, of zelfs nog lager dan, die van SDSS J102915+172927. Het is onze bedoeling om deze met de VLT te onderzoeken, om te zien of dat ook echt zo is", besluit Caffau.

Noten

[1] De ster is opgenomen in de catalogus van de Sloan Digital Sky Survey of SDSS. De cijfers verwijzen naar de hemelpositie van het object.

[2] Volgens breed geaccepteerde theorieën voor de stervorming kunnen sterren die zo licht zijn als SDSS J102915+172927 (ongeveer 0,8 zonsmassa of minder) pas zijn ontstaan nadat supernova-explosies het interstellaire medium in zekere mate hadden verrijkt. De reden hiervoor is dat zwaardere elementen als een soort koelmiddel fungeren dat ervoor zorgt dat gaswolken in dit medium hun warmte kunnen wegstralen, om vervolgens tot sterren samen te trekken. Zonder deze metalen zou de druk ten gevolge van de opwarming die met dit samentrekken gepaard gaat te groot worden, waardoor de eigen zwaartekracht van de wolk te zwak zou zijn om deze tegendruk te overwinnen. Volgens een van deze theorieën zouden vooral koolstof en zuurstof als koelmiddel fungeren. Het koolstofgehalte van SDSS J102915+172927 is lager dan wat minimaal nodig is om deze koeling te kunnen leveren.

[3] X-shooter en UVES zijn VLT-spectrografen – instrumenten waarmee het licht van hemelobjecten in zijn samenstellende kleuren gescheiden kan worden, om zo hun chemische samenstelling gedetailleerd te analyseren. X-shooter kan een heel breed golflengtegebied van het spectrum van een object in één keer vastleggen (van het ultraviolet tot het nabij-infrarood). UVES, de Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph, is een hoge-resolutie optisch instrument.

[4] De in 2005 ontdekte ster HE 1327-2326 heeft het laagst bekende ijzergehalte, maar is rijk aan koolstof. De nu onderzochte ster heeft het laagste metaalgehalte als alle chemische elementen zwaarder dan helium in rekening worden gebracht.

[5] Bij het opsporen van zeer metaalarme sterren zijn vaak ESO-telescopen betrokken. Enkele eerdere resultaten staan beschreven in eso0228 en eso0723, en de nieuwe ontdekking toont aan dat waarnemingen met ESO-telescopen astronomen steeds dichter op het spoor brengen van de eerste generatie van sterren.

[6] De vorming van de eerste elementen verliep zo snel dat naast waterstof, helium en lithium geen zwaardere elementen konden ontstaan. De oerknaltheorie voorspelt, en waarnemingen bevestigen, dat de oermaterie naar massa voor ongeveer 75% uit waterstof bestond, en voor 25% uit helium en sporen van lithium.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek worden gepresenteerd in het artikel ‘An extremely primitive halo star’, van Caffau et al., dat op 1 september in het tijdschrift Nature verschijnt.

Het team bestaat uit Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg [ZAH], Duitsland en GEPI – Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS, Frankrijk [GEPI]), Piercarlo Bonifacio (GEPI), Patrick François (GEPI en Université de Picardie Jules Verne, Amiens, Frankrijk), Luca Sbordone (ZAH, Max-Planck Institut für Astrophysik, Garching, Duitsland, en GEPI), Lorenzo Monaco (ESO, Chili), Monique Spite (GEPI), François Spite (GEPI), Hans-G. Ludwig (ZAH en GEPI), Roger Cayrel (GEPI), Simone Zaggia (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Italië), François Hammer (GEPI), Sofia Randich (INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italië), Paolo Molaro (INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste, Italië) en Vanessa Hill (Université de Nice-Sophia Antipolis, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Cassiopée, Nice, Frankrijk).

ESO, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, is de belangrijkste intergouvernementele sterrenkundeorganisatie in Europa, en het meest productieve astronomische observatorium ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerp, de bouw en het beheer van krachtige grondobservatoria die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. ESO speelt ook een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op sterrenkundig gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. Ook is ESO de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste sterrenkundige project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de Europese Extremely Large optische/nabij-infrarood Telescoop (E-ELT), een telescoop van de 40-meterklasse die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel
• Foto’s van de VLT

Contact

Dr Elisabetta Caffau
Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg / Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS
Heidelberg / Paris, Germany / France
Tel: +49 6221 54 1787 or +33 1 4507 7873
E-mail: Elisabetta.Caffau@obspm.fr

Dr Piercarlo Bonifacio
Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS
Paris, France
Tel: +33 1 4507 7998 or +33 1 4047 8031
Mobiel: +33 645 380 509
E-mail: Piercarlo.Bonifacio@obspm.fr

Dr Lorenzo Monaco
ESO
Santiago, Chile
Tel: +56 2 463 3022
E-mail: lmonaco@eso.org

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
E-mail: rhook@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media