Een internationaal team van astronomen, dat gebruik maakt van de Very Large Telescope van de ESO-sterrenwacht op Paranal in Chili, heeft voor het eerst de restanten van de fatale interactie tussen een dode ster en zijn planetoïdenmaaltijd gedetailleerd weten te onderzoeken. Dit biedt een kijkje in de verre toekomst van het zonnestelsel.
Onder leiding van Christopher Manser, een doctoraatstudent aan de Universiteit van Warwick (VK), heeft het team gegevens van Very Large Telescope (VLT) en andere sterrenwachten gebruikt om de verbrijzelde restanten van een planetoïde te onderzoeken die om een stellair overblijfsel cirkelen: de witte dwerg SDSS J1228+1040 [1]. Met behulp van diverse instrumenten, waaronder de Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) en X-shooter, beide gekoppeld aan de VLT, verkreeg het team gedetailleerde waarnemingen van het licht dat afkomstig is van de witte dwerg en het omringende materiaal. De gegevens bestrijken een ongekend lange periode van twaalf jaar (2003-2015). Dat bood de mogelijkheid om het systeem vanuit verschillende richtingen te bekijken [2]. ‘Het beeld dat uit de verwerkte gegevens naar voren komt, laat zien dat systemen als deze werkelijk schijfvormig zijn, en verraadt het bestaan van structuren die niet in één oogopslag waarneembaar zijn,’ legt hoofdauteur Christopher Manser uit.
Het team maakte gebruik van zogeheten dopplertomografie – een techniek die vergelijkbaar is met de tomografische scans die artsen van het menselijk lichaam maken. Dat maakt het mogelijk om de structuur in kaart te brengen van de gloeiende, gasachtige overblijfselen van de maaltijd van de uitgeputte ster die hun eerste rondje om J1228+1040 maken. Waar grote sterren – sterren die meer dan tien keer zoveel massa hebben als onze zon – hun leven afsluiten met een spectaculaire supernova-explosie, gaan kleinere sterren een minder dramatisch einde tegemoet. Wanneer een ster als onze zon het einde van zijn leven nadert, zwelt hij op, waardoor hij verandert in een rode reus, die uiteindelijk zijn buitenste gaslagen de ruimte in blaast. Het enige wat dan resteert is de hete, zeer compacte kern van de voormalige ster: een witte dwerg.
De vraag is of de planeten, planetoïden en andere hemellichamen die om de oorspronkelijke ster draaiden deze beproeving kunnen doorstaan. Wat zou er van hen overblijven? De nieuwe waarnemingen kunnen daar meer duidelijkheid over geven. Het komt niet vaak voor dat een witte dwerg omringd is door een schijf van gasachtig materiaal – daarvan zijn er nog maar zeven bekend. Het team komt tot de conclusie dat een planetoïde gevaarlijk dicht in de buurt van de dode ster is gekomen en door de enorme getijdenkrachten die hij daarbij ondervond aan flarden is getrokken. Het resultaat is de materieschijf die de astronomen nu hebben waargenomen.
De draaiende schijf ontstond op vergelijkbare wijze als de fotogenieke ringen die we rond planeten dichter bij huis aantreffen, zoals rond Saturnus. Maar hoewel J1228+1040 meer dan zeven keer zo klein is als de geringde planeet, heeft hij meer dan 2500 keer zoveel massa. Het team heeft ontdekt dat ook de afstand tussen de witte dwerg en zijn schijf heel anders is: Saturnus en zijn ringen passen er gemakkelijk tussen [3]. Het nieuwe langlopende onderzoek met de VLT heeft het team nu in staat gesteld om de schijf te zien precesseren onder invloed van het zeer sterke zwaartekrachtsveld van de witte dwerg. De astronomen hebben ook ontdekt dat de schijf enigszins krom is en nog niet helemaal cirkelvormig is geworden.
‘Toen we deze puinschijf rond de witte dwerg in 2006 ontdekten, konden we ons geen voorstelling maken van de prachtige details die nu op deze opname, opgebouwd uit gegevens die in de loop van twaalf jaar zijn verzameld, te zien zijn – het was het wachten zeker waard,’ aldus Boris Gänsicke, een van de co-auteurs van het onderzoek. Restanten zoals J1228+1040 kunnen belangrijke aanwijzingen opleveren over de processen die optreden wanneer een ster het einde van zijn leven bereikt. Dat kan astronomen helpen begrijpen wat zich zoal afspeelt in de planetenstelsels van andere sterren en zelfs helpen voorspellen wat het lot van het zonnestelsel zal zijn, wanneer onze zon over ongeveer zeven miljard jaar haar ondergang tegemoet gaat.
Noten
[1] De volledige aanduiding van de witte dwerg is SDSS J122859.93+104032.9.
[2] Het team heeft de onmiskenbare drietandachtige spectrale signatuur van geïoniseerde calcium – het zogeheten calcium-triplet (Ca II) – geïdentificeerd. Uit het verschil tussen de waargenomen en de laboratoriumgolflengten van deze drie lijnen kan tamelijk nauwkeurig de snelheid van het gas worden afgeleid.
[3] Hoewel de schijf rond deze witte dwerg veel groter is dan het ringenstelsel van Saturnus in ons eigen zonnestelsel, is hij heel klein in vergelijking met de puinschijven rond jonge sterren waaruit planeten ontstaan.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek staan in het artikel ‘Doppler-imaging of the planetary debris disc at the white dwarf SDSS J122859.93+104032.9’, van C. Manser et al., dat in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit Christopher Manser (Universiteit van Warwick, VK), Boris Gänsicke (Universiteit van Warwick), Tom Marsh (Universiteit van Warwick), Dimitri Veras (Universiteit van Warwick), Detlev Köster (Universiteit van Kiel, Duitsland), Elmé Breedt (Universiteit van Warwick), Anna Pala (Universiteit van Warwick), Steven Parsons (Universidad de Valparaíso, Chili) en John Southworth (Keele University).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch 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 specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
