Een bijzonder sterrenstelsel toont aan dat sterren in stilte kunnen uitdoven en geruisloos sterven, zonder dat iets of iemand daar wat van merkt.
In recente jaren hebben astronomen herhaaldelijk sterren plotseling aan de nachtelijke hemel zien verdwijnen. Het deed menig wenkbrauw fronsen. In een nieuwe studie hebben onderzoekers gepoogd een verklaring voor dit mysterieuze fenomeen te vinden. En daar lijken ze met de hulp van een ongewoon binair stersysteem in te zijn geslaagd.
Supernova
Ook onze eigen moederster heeft niet het eeuwige leven. Op een dag zal onze zon uitzetten, totdat deze de aarde opslokt. De zon zal gedurende dit proces steeds onstabieler worden totdat hij uiteindelijk inkrimpt tot een compact object dat bekend staat als een witte dwerg. Als de zon echter minstens acht keer zo zwaar zou zijn, zou deze waarschijnlijk eindigen met een enorme knal – een supernova. Tijdens dit proces zou de instorting van de zon leiden tot een explosie, waarbij energie en massa met enorme kracht de ruimte in worden geslingerd, voordat er een neutronenster of een zwart gat overblijft.
Verdwijning
Maar niet alle sterren zijn ditzelfde lot beschoren. “Astronomen hebben onlangs opgemerkt dat heldere sterren plotseling verdwijnen,” vertelt onderzoeker Alejandro Vigna-Gómez. Dat is natuurlijke erg vreemd. Vigna-Gómez vermoedt echter dat een sterrenstelsel genaamd VFTS 243 ons weleens meer inzicht hierin zou kunnen verschaffen.
VFTS 243
VFTS 243 is een opmerkelijk binair stersysteem aan de rand van ons sterrenstelsel. Hier cirkelen een grote ster en een zwart gat met een massa die ongeveer tien keer groter is dan die van onze zon, om elkaar heen. De aanwezigheid van dit zwarte gat verraadt dat het systeem ooit twee sterren herbergde. Stellaire zwarte gaten zoals die in het systeem VFTS 243 worden namelijk zoals gezegd gevormd wanneer sterren met meer dan acht keer de massa van de zon instorten.
Wist je dat alleen al in ons sterrenstelsel mogelijk wel 100 miljoen (!) stellaire zwarte gaten bestaan? Deze zijn anders dan de supermassieve zwarte gaten, die massa’s hebben tussen de 100.000 en 10 miljard keer die van de zon, en waarvan wordt aangenomen dat ze zich in het centrum van bijna alle sterrenstelsels bevinden. Sagittarius A* is het supermassieve zwarte gat in het hart van ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg. Daarnaast bestaan er ook nog zogenoemde ‘middelzware zwarte gaten’ (IMBH), met een massa van 100-100.000 keer die van onze zon. Deze waren lange tijd een ontbrekende schakel. Maar recentelijk zijn er verschillende geloofwaardige kandidaten ontdekt. Er bestaan ook theorieën over andere soorten zwarte gaten die nog niet zijn ontdekt. Een voorbeeld hiervan zijn de zogenaamde ‘primitieve zwarte gaten’. Deze zouden in het vroege universum zijn ontstaan en theoretisch gezien microscopisch klein kunnen zijn.
De onderzoekers hebben in VFTS 243 gezocht naar aanwijzingen die normaal gesproken worden verwacht bij een sterrenstelsel na een supernova-explosie. Maar ze vonden weinig overtuigend bewijs.
Geboorteschop
Het VFTS 243-systeem vertoont bijvoorbeeld geen duidelijke tekenen van een sterke versnelling van de objecten eromheen, ook wel bekend als een ‘geboorteschop’. Een geboorteschop geeft normaal gesproken neutronensterren een meetbare snelheid van 100-1000 kilometer per seconde. Bij zwarte gaten wordt verwacht dat de snelheid lager is, maar nog steeds aanzienlijk. Het zwarte gat in het VFTS 243-systeem lijkt echter slechts versneld te zijn tot ongeveer 4 km/s, wat aangeeft dat het geen duidelijke tekenen vertoont van een krachtige geboorteschop die je zou verwachten na een supernova-explosie. Bovendien is de baan van het systeem zeer symmetrisch. En ook dat is best opmerkelijk. “De baan van VFTS is bijna perfect cirkelvormig,” legt Vigna-Gómez uit. “Dit suggereert opnieuw dat er geen explosie heeft plaatsgevonden.”
Instorting
Kortom, niets lijkt erop dat er in VFTS 243 een supernova-explosie heeft plaatsgevonden. Maar hoe kan het zwarte gat dan zijn ontstaan? De onderzoekers hebben wel een idee. Zo vermoeden ze dat zeer zware sterren kunnen instorten zonder de gebruikelijke explosieve uitbarsting van een supernova. Hun onderzoek suggereert dat wanneer een ster voldoende massa heeft, de zwaartekracht zo sterk kan zijn dat er geen explosie optreedt wanneer het einde van zijn leven nadert. In plaats daarvan kan de ster volledig ineenstorten.
Stilletjes uitdoven
“Als je naar een zichtbare ster kijkt die volledig instort, zou het op dat exacte moment kunnen lijken alsof de ster plotseling uitdooft en verdwijnt,” vertelt Vigna-Gómez. “De instorting is zo volledig dat er geen explosie optreedt. Er ontsnapt niets en je zult dus ook geen heldere supernova aan de nachtelijke hemel zien. Hoewel we niet zeker zijn van een verband, hebben de resultaten van onze analyse van VFTS 243 ons veel dichter bij een geloofwaardige verklaring voor het fenomeen ‘verdwijnende sterren’ gebracht.”
Zwart gat
Het betekent dus dat sommige sterren in stilte kunnen uitdoven en in zwarte gaten transformeren, zonder dat iets of iemand daar wat van merkt. “Ons onderzoek bewijst dat het zwarte gat in VFTS 243 waarschijnlijk direct is ontstaan,” aldus onderzoeker Irene Tamborra. “De meeste energie is vermoedelijk verloren gegaan door neutrino’s.”
Tamborra benadrukt dat het VFTS 243-systeem de kans biedt om verschillende theorieën en modellen binnen de astrofysica te toetsen aan concrete observaties. “Onze resultaten laten zien dat VFTS 243 het beste voorbeeld tot nu toe is van zwarte gaten die ontstaan door totale instorting, zonder de verwachte supernova-explosie,” concludeert ze. “Dit is een belangrijke test voor onze modellen. We verwachten dat dit systeem in de toekomst van groot belang zal zijn voor onderzoek naar stellaire evolutie en instorting.”
