Uit een nieuwe studie blijkt dat magnetische velden veel voorkomen in sterrenstelsels die grote blauwe sterren herbergen. Dit daagt eerdere overtuigingen uit en biedt nieuwe inzichten in de evolutie en de explosieve aard van deze massieve sterren. Astronomen van het Leibniz Instituut voor Astrofysica Potsdam (AIP), de European Southern Observatory (ESO) en het Kavli Institute en Department of Physics van MIT hebben ontdekt dat magnetische velden veel vaker voorkomen dan wetenschappers eerder dachten in meerdere sterrensystemen met minstens één gigantische hete blauwe ster.

Deze resultaten verbeteren ons begrip van massieve sterren en hun rol als voorlopers van supernova-explosies aanzienlijk.

Kenmerken van O-type sterren

Blauwe sterren van het zogenaamde O-type behoren tot de zwaarste sterren in het universum, met een massa die meer dan 18 keer zo groot is als die van de zon. Hoewel ze zeldzaam zijn, hebben ze een hoge temperatuur en een hoge helderheid. Van de 90 helderste sterren die vanaf de aarde te zien zijn, behoren er 4 tot dit type ster.

Ze zijn van buitengewoon belang omdat ze hoogenergetische fysieke processen aansturen die de structuur van het hele sterrenstelsel beïnvloeden en de gebieden tussen sterren rijk maken aan chemicaliën. Deze sterren bevinden zich vaak in gebieden met actieve stervorming, zoals de spiraalarmen van sterrenstelsels, of sterrenstelsels die bezig zijn met botsingen of samensmeltingen.

Dergelijke massieve sterren zijn bijzonder interessant voor magnetisch onderzoek omdat ze hun evolutie als supernova explosief beëindigen, waarbij een compact object zoals een neutronenster of een zwart gat als overblijfsel achterblijft.

Dubbelstersystemen en hun evolutie

Een dubbelster is een systeem dat bestaat uit twee door zwaartekracht gebonden sterren die om elkaar heen draaien. Als beide componenten O-type sterren zijn, kan het systeem een ​​compacte hemeldubbelster worden. Zeer massieve sterren komen terecht in zwarte gaten, terwijl minder massieve sterren van het O-type uiteindelijk neutronensterren worden wanneer ze als supernova ‘sterven’. Dubbelsterren kunnen eindigen als twee neutronensterren, een neutronenster en een zwart gat, of twee zwarte gaten. De banen van deze objecten worden aangetast door de emissie van zwaartekrachtgolven, die kunnen worden waargenomen door zwaartekrachtgolfdetectoren.

De magnetosfeer is het ruimtegebied rondom een ​​hemellichaam waarin geladen deeltjes worden beïnvloed door het magnetische veld van het hemellichaam. De witte lijnen vertegenwoordigen de magnetische veldlijnen die de magnetosfeer vormen. De magnetische polen bevinden zich aan de boven- en onderkant van de ster links. Helderdere kleuren duiden op een hogere gasdichtheidsverdeling. De gasdichtheidsverdeling is geconcentreerd in het (magnetische) equatoriale vlak en de gasschijf is zichtbaar. Afbeelding tegoed: AIP/M. Kok

Stellaire winden en magnetosfeer

Net als de zon hebben massieve sterren stellaire winden: stromen van energetisch geladen deeltjes. Deze plasmawinden reageren op magnetische velden en vormen een structuur die de magnetosfeer wordt genoemd. Alle sterren en planeten met magnetische velden, inclusief de aarde, hebben een magnetosfeer. Het beschermt de aarde tegen hoogenergetische kosmische straling. Plasma kan zich met snelheden van duizenden kilometers per seconde voortbewegen en is onderhevig aan een enorme middelpuntvliedende kracht. Er is gesuggereerd dat dit magnetische mechanisme mogelijk verantwoordelijk is voor de dicht opeengepakte explosies van massieve sterren, die gepaard gaan met langdurige gammaflitsen, röntgenflitsen en andere supernova-signaturen.

Magnetische velden in massieve sterren

Hoewel er tientallen jaren geleden theoretische verklaringen zijn gegeven voor de invloed van magnetische velden op supernovae of langdurige gammaflitsen, zijn er sindsdien slechts elf sterren van het O-type bekend die magnetische velden bezitten. Op één na zijn alle sterren enkelvoudige of brede dubbelsterren. Dit is een zeer verwarrend feit omdat eerdere studies hebben aangetoond dat meer dan 90% van de O-type sterren in meerdere systemen worden gevormd, met twee of meer sterren. In feite zijn veel theoretici verbaasd over het kleine aantal magnetische velden dat wordt gedetecteerd in massieve sterren, omdat ze sommige van de waargenomen fysieke kenmerken van multisystemen niet kunnen verklaren zonder rekening te houden met de effecten van magnetische velden.

Om deze tegenstrijdigheid op te lossen, voerden de auteurs een magnetisch veldonderzoek uit met behulp van archiefspectroscopische richtingzoekende waarnemingen van stellaire systemen met ten minste één O-type samenstelling. Spectropolarimetrie meet de polarisatie van licht en geeft informatie over de vraag of er een magnetisch veld in de ster aanwezig is. Ze gebruikten gegevens van de hoge-resolutie spectropolarimeter HARPS, gemonteerd op de 3,6-meter telescoop van de European Southern Observatory in La Silla, Chili, en de ESPaDOnS, gemonteerd op de Canada-France-Hawaii Telescope op Mauna Kea. Om de gegevens te analyseren, ontwikkelden ze een speciale, complexe magnetische veldmeetprocedure.

‘Tot onze verrassing lieten de resultaten een zeer hoge mate van magnetisme in deze multiplexsystemen zien. Van de 36 bestudeerde systemen hebben er 22 zeker een magnetisch veld gedetecteerd, en slechts 3 vertoonden geen enkel teken van een magnetisch veld’, legt dr. Silva Järvinen van de afdeling Stellar Physics and Exoplanets van het AIP uit.

‘Het grote aantal systemen met magnetische componenten is een mysterie, maar het zou er wel op kunnen wijzen dat deze sterren in dubbelsterren zijn opgegroeid, en dat interacties tussen systeemcomponenten, zoals massaoverdracht tussen twee sterren of zelfs fusiegebeurtenissen tussen twee sterren, een beslissende rol hebben gespeeld bij het ontstaan ​​van de magnetische velden van massieve sterren. Dit werk is ook de eerste observationele bevestiging ooit van eerder voorgestelde theoretische aannames over hoe het magnetische veld van een ster zijn dood beïnvloedt, waardoor deze sneller en met meer energie explodeert.’

Samengestelde bron: ScitechDaily