Astronomen hebben lange tijd moeite gehad om in de ‘kraamkamer’ van het universum te kijken. Omdat nieuwe sterren diep in dikke, ondoorzichtige wolken van moleculair gas en stof worden geboren, blijven ze verborgen voor traditionele optische telescopen. Een recente doorbraak met behulp van radiogolven heeft het wetenschappers echter mogelijk gemaakt om door deze kosmische sluiers te ‘kijken’ en pasgeboren sterren te wegen door hun orbitale dans te observeren.
De uitdaging van de kosmische sluier
Sterren beginnen hun leven als dichte holtes in enorme wolken waterstofgas. Terwijl de zwaartekracht dit materiaal naar binnen trekt, warmt de kern op, waardoor uiteindelijk een ster ontbrandt. Dit proces is zeer dynamisch; een jonge ster blijft omringend gas aantrekken en groeit in massa, zelfs als hij begint te schijnen.
Het centrale probleem voor astronomen is zichtbaarheid. Tijdens deze kritieke eerste miljoen levensjaren zijn sterren gehuld in donkere, stoffige cocons die het zichtbare en zelfs een groot deel van het infraroodlicht blokkeren. Dit maakt het ongelooflijk moeilijk om het groeiproces in realtime te observeren.
Het begrijpen van deze fase is van cruciaal belang omdat massa de meest fundamentele eigenschap van een ster is. De massa van een ster dicteert:
– De helderheid (helderheid)
– De oppervlaktetemperatuur
– De hele levensduur
– Zijn uiteindelijke lot (of het nu een witte dwerg of een supernova wordt)
Momenteel weten astronomen dat sterren met een lage massa veel vaker voorkomen dan sterren met een hoge massa – een concept dat bekend staat als de Initial Mass Function – maar ze missen de observatiegegevens om volledig te verklaren waarom deze verdeling bestaat.
Radiogolven gebruiken om orbitale bewegingen te volgen
Om het stof te omzeilen, wendden onderzoekers zich tot radioastronomie. In tegenstelling tot zichtbaar licht kunnen radiogolven ongehinderd door dichte gaswolken gaan.
Een onderzoeksteam onder leiding van Sergio A. Dzib Quijano van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie gebruikte de Very Long Baseline Array (VLBA) – een enorm netwerk van radiotelescopen in de Verenigde Staten – om het Orion Molecular Complex te bestuderen. Dit gebied, gelegen op ongeveer 1300 lichtjaar afstand, is een van de meest actieve stervormingsgebieden aan onze hemel.
Het team concentreerde zich op binaire systemen : sterrenparen die rond een gemeenschappelijk massamiddelpunt draaien. Door deze banen te volgen, pasten de onderzoekers de wetten van de natuurkunde toe om de massa van de sterren te berekenen:
1. Het team observeerde de omloopperiode (hoe lang één omwenteling duurt).
2. Ze maten de snelheid (hoe snel de sterren bewegen).
3. Door deze ‘dansbewegingen’ te analyseren, konden ze wiskundig de exacte massa van de betrokken sterren afleiden.
Het testen van de wetten van de stellaire evolutie
Dankzij de precisie van de VLBA kon het team 15 binaire systemen met millisecondennauwkeurigheid volgen. Deze hoge resolutie leidde tot een aantal belangrijke bevindingen:
- Massabepaling: Het team heeft met succes de massa’s voor zeven van de systemen bepaald.
- Validatie van de theorie: In vier van deze systemen waren de metingen zo nauwkeurig dat ze konden worden berekend op basis van ‘eerste principes’, zonder te vertrouwen op bestaande theoretische modellen.
- Verfijning van de modellen: De resultaten toonden aan dat de meeste gemeten massa’s overeenkwamen met de huidige theoretische voorspellingen. De discrepanties die in sommige systemen worden aangetroffen suggereren echter dat, hoewel onze huidige modellen grotendeels correct zijn, ze verdere verfijning behoeven om rekening te houden met de complexiteit van de groei van sterren.
‘Deze nauwkeurige massametingen maken van Orion nu een precisielaboratorium voor het testen van hoe jonge sterren ontstaan en evolueren’, zegt Jazmin Ordonez-Toro van de Universidad Nacional Autónoma de México.
Conclusie
Door radiogolven te gebruiken om kosmisch stof te omzeilen, hebben astronomen de Orionnevel veranderd in een proeftuin voor stellaire fysica. Deze nauwkeurige massametingen leveren de ontbrekende gegevens op die nodig zijn om de kloof te overbruggen tussen theoretische modellen en de werkelijke realiteit van hoe sterren worden geboren.
