Gyrochronologie, een techniek voor het schatten van de leeftijd van sterren op basis van hun rotatie, heeft zich uitgebreid van sterren in clusters naar sterren op afgelegen locaties, waardoor consistente verouderingspatronen aan het licht zijn gekomen en het bereik van sterleeftijdsbepalingen is uitgebreid.
Wetenschappers van het Leibniz Instituut voor Astrofysica Potsdam (AIP) en Boston University zijn erin geslaagd een verband te leggen tussen de rotatiesnelheid van sterren binnen een cluster en sterren buiten de cluster (dat wil zeggen veldsterren), waardoor ze de leeftijd van laatstgenoemde kunnen afleiden. De resultaten laten zien dat de gyrochronologische methode niet alleen kan worden toegepast op sterren in clusters, maar ook op veldsterren, waardoor de leeftijd van veel meer sterren kan worden bepaald.
Hoe oud is een ster? Het is een moeilijke vraag, die gemakkelijker te beantwoorden is voor sterren die in sterrenhopen leven. Dit komt doordat alle sterren in de sterrenhoop – ongeacht hun grootte – dezelfde oorsprong en dus dezelfde leeftijd hebben. Door de collectieve eigenschappen van sterren in een cluster en hun huidige evolutiestadium te bestuderen, kan een goede schatting van hun leeftijd worden verkregen.
Onderzoekers onderzoeken momenteel het nieuwe veld van de gyrochronologie, dat de leeftijd van individuele sterren kan bepalen. Het legt een verband vast tussen de rotatie van een ster, de kleur en de leeftijd.
De periode waarin een ster om zijn as draait, kan worden bepaald door de helderheid ervan te observeren: veel sterren hebben donkere vlekken op hun oppervlak, zoals de zonnevlekken van de zon. Terwijl de ster draait, komt de stervlek in het gezichtsveld van de waarnemer terecht en neemt de helderheid van de ster een klein beetje af.
Door deze kleine vlekjes in de lichtintensiteit van de ster te meten, en wanneer ze herhaaldelijk voorkomen, bijvoorbeeld met behulp van gegevens van de Kepler-satelliet, kan de rotatieperiode van de ster worden gemeten.
Rotatie-evolutie in sterrenhopen
Uit onderzoek naar dwergsterren met een lage massa in sterrenhopen blijkt dat sterren steeds langzamer ronddraaien naarmate ze ouder worden. Het vergelijken van de rotatieperioden van de sterren in de cluster met hun kleuren op de sterrenkaart onthult een uniek patroon: de curven van stervorming in de cluster definiëren gezamenlijk een skelet van rotatie-evolutie, waarbij elke rib van het skelet overeenkomt met een cluster van een specifieke leeftijd, terwijl oudere clusters op hun beurt hogere ribben definiëren. Elke ribbe is een curve van gelijke leeftijd. Door de clustersterren in het diagram uit te zetten, kunt u deze lijnen gebruiken om de leeftijd ervan af te leiden. Omdat deze methode echter is ontwikkeld op basis van sterrenhopen, was het tot nu toe niet duidelijk of deze dateringsmethode ook zou werken voor sterren buiten sterrenhopen, die het overgrote deel van de sterren in onze Melkweg vormen.
Pas computationele methoden toe op extraclustersterren
Dit is waar recent onderzoek om de hoek komt kijken. De auteurs gebruikten een steekproef van meer dan 300 brede dubbelsterren. Dit is een systeem van twee sterren die ver genoeg uit elkaar om elkaar heen draaien, zodat ze geen interactie hebben en daarom hun normale rotatie-evolutie niet verstoren. Brede dubbelsterren zijn veldsterren, maar hun gemeenschappelijke oorsprong maakt het mogelijk dat ook voor clustersterren wordt aangenomen dat ze even oud zijn. Dit betekent dat als de evolutie van veldsterren feitelijk hetzelfde is als die van clustersterren, ze consistent zouden lijken als de twee sterren in het brede binaire getal op het clusterskelet zouden worden geplaatst. Met andere woorden: als één ster in een brede dubbelster zich op een roterende ribbe van een sterrenhoop bevindt, bevindt de andere ster zich dan ook op dezelfde roterende ribbe? De auteurs van het onderzoek ontdekten dat dit inderdaad het geval was.
In feite ontdekten de auteurs dat ze de binaire getallen die ze bestudeerden konden verdelen in een reeks subgroepen, elk geassocieerd met een cluster van overeenkomstige leeftijden. ‘Toen we begonnen met het vergelijken van alle brede dubbelstersystemen met het clusterskelet, waren we verrast om te zien hoe goed ze op elkaar waren afgestemd’, zegt David Gruner, eerste auteur van het onderzoek en promovendus bij AIP’s Stellar Activity Group. ‘Zelfs sterrensystemen met zeer verschillende massa’s vertoonden een opmerkelijke consistentie in hun posities in het diagram, tot het punt waarop ze vrijwel niet meer te onderscheiden waren van de cluster.’
Daarom kan worden gespeculeerd dat de weinige sterren die zich boven de verzameling clusterribben bevinden ouder zijn dan de sterrenhopen die tot nu toe zijn gemeten. Bovendien laten de auteurs zien dat in de overgrote meerderheid van de onderzochte systemen de rotatieleeftijd van de ene component overeenkomt met die van de andere component. Omdat het brede binaire monster zeer divers is, zowel qua verdeling over de hemel als qua andere stellaire eigenschappen zoals metalliciteit, betekent dit resultaat dat gyrochronologie waarschijnlijk betrouwbaar is voor extraclustersterren.
Implicaties voor toekomstig onderzoek
Dr. Sydney Barnes, hoofd van de AIP Stellar Activity Group, voegde hieraan toe: ‘Dit werk zorgt er tot op zekere hoogte voor dat betrouwbare leeftijden van meer veldsterren kunnen worden verkregen uit rotatiesnelheden in de toekomst. Dit resultaat is van grote betekenis voor de PLATO-satellietmissie, die niet alleen tot doel heeft een groot aantal planeten te ontdekken, maar ook hun leeftijd vast te stellen, waardoor mensen voor het eerst een glimp kunnen opvangen van de evolutionaire geschiedenis van exoplaneten.’
Samengestelde bron: ScitechDaily