Sterren maken geluid en afhankelijk van hun leeftijd is de toon, die ze produceren hoger of lager. Niet eerder is er op deze manier naar de evolutie van sterrenstelsels gekeken, of beter gezegd: geluisterd.
Onderzoekers van UNSW Sydney bestudeerden 27 sterren in sterrenhoop M67, die zich op 2700 lichtjaar van de aarde bevindt. Alle sterren in M67 zijn 4 miljard jaar geleden ontstaan uit dezelfde gaswolk. Ze hebben een vergelijkbare chemische samenstelling maar een verschillende massa. Daardoor zijn ze ideaal om de evolutie in real-time te bestuderen. De verschillen in massa geven namelijk aan hoe snel de even oude sterren zijn geëvolueerd. Bovendien bevat M67 relatief veel verschillende reuzen, van kleine varianten tot de grote rode reuzen, die het verst geëvolueerd zijn.
De leeftijd van een ster
Het is nog nooit eerder gelukt om zo gedetailleerd sterren binnen één cluster te observeren, die zich in zulke verschillende stadia van hun evolutie bevinden. “Het verifiëren van de leeftijd van een ster is een van de moeilijkste dingen om te doen in de sterrenkunde, omdat de leeftijd niet af te lezen is aan het oppervlak”, zegt professor Dennis Stello, die meewerkte aan het onderzoek. “Wat er binnenin gebeurt, laat zien hoe oud de ster is.”
Omdat de sterren in de M67-cluster een vergelijkbare leeftijd en samenstelling hebben als onze zon, kunnen ze inzicht geven in het verleden en de vorming van ons zonnestelsel, maar ook in de toekomst als de zon evolueert. “Bijna alle sterren worden aanvankelijk gevormd in clusters”, zegt Stello. “Het zijn eigenlijk grote families van honderden tot duizenden sterren die ontstaan uit één grote gaswolk.
“Normaal gesproken zouden ze langzaam uiteenvallen in een diffuse, willekeurige hoeveelheid sterren. Maar sommige van hen bevinden zich nog steeds in groepen. Je kunt ze zien als je naar de hemel kijkt als gebieden met veel sterren dicht bij elkaar, die nog steeds nauw met elkaar verbonden zijn, zoals de sterrenhoop die we hier hebben bestudeerd.”
Geluidsfrequentie van een ster
Maar hoe hebben de onderzoekers nu zo nauwkeurig de leeftijd en massa van de sterren kunnen inschatten? Daar komen de geluiden om de hoek kijken waar we het in het begin over hadden. Dit zijn eigenlijk zogenoemde oscillatiefrequenties. De frequentie van het geluid van een ster hangt af van de fysische eigenschappen van de materie binnenin de ster en levert daarmee aanwijzingen over de dichtheid, temperatuur en leeftijd.
Volgens Stello kun je hun studie vergelijken met het luisteren naar een orkest, waarbij je probeert de verschillende instrumenten van elkaar te onderscheiden op basis van hun geluid. “De frequentie waarmee een instrument trilt, hangt af van de fysieke eigenschappen van de materie waar het geluid doorheen reist”, zegt hij. “Sterren zijn hetzelfde. Je kunt een ster ‘horen’ op basis van zijn trillingen. We kunnen de trilling – of het effect van de trilling – van het geluid zien, net zoals je de trilling van een vioolsnaar kunt zien.”
De grootste sterren hebben de diepste geluiden. Kleine sterren hebben hoge tonen. En geen enkele ster speelt maar één toon tegelijk – elke ster heeft een symfonie van geluid dat uit zijn binnenste komt.
Luister hier naar de geluiden van sterren:
Geen geluid in de ruimte
Geluid bestaat als een golf van energie, een trilling, die door deeltjes beweegt – vast, vloeibaar of gas. Maar in de ruimte zijn er geen deeltjes, wat betekent dat er geen geluid is.
Stello zegt dat elke ster dan ook meer een ademende gasbol is – die afkoelt en opwarmt – met kleine veranderingen in helderheid. “Het zijn deze fluctuaties in helderheid die we hebben bekeken om de geluidsfrequenties te meten”, zegt hij. Als sterren uitgroeien tot rode reuzen, veranderen hun frequenties en gedragen ze zich anders. Zo kun je hun evolutie volgen.
Door de 27 sterren in sterrenhoop M67 te bestuderen, konden de onderzoekers voor het eerst de relatie tussen kleine en grote frequentieverschillen in reuzensterren waarnemen, die nu kan worden toegepast op individuele sterren.
Informatie over onze eigen zon
Om de vorming en evolutie van sterrenstelsels beter te begrijpen, moeten wetenschappers de leeftijd van alle onderdelen van het stelsel weten, inclusief de sterren. Dit onderzoek kan daaraan bijdragen, doordat het mogelijk wordt om de massa en leeftijd van sterren in de Melkweg te bepalen, iets wat nog niet eerder is gelukt. Het onderzoek, dat in Nature is gepubliceerd, biedt zo ook mogelijkheden om meer te leren over wat onze eigen ster – de zon – doet als hij groter en ouder wordt. “Dat komt doordat de zon is geboren in een cluster dat lijkt op het cluster dat wij hebben bestudeerd”, zegt hoofdonderzoeker Claudia Reyes.
En het is natuurlijk ook belangrijk voor onze kennis over verre planeten. De eigenschappen van een ster zijn immers cruciaal voor eventueel buitenaards leven. Stello: “Dit onderzoek stelt ons in staat om de fundamentele fysica te onderzoeken die zich binnenin sterren afspeelt onder extreme omstandigheden”, zegt hij.
Volgens Reyes waren hun bevindingen onverwacht, terwijl er al zoveel onderzoek is gedaan naar de Melkweg en zijn sterren. “De volgende stap is om terug te gaan en naar die gegevens te kijken”, zegt ze. “Om te zoeken naar deze specifieke frequenties waar niemand eerder naar heeft gezocht. En dat kunnen we doen door naar de sterren te luisteren.”
