Zo komen planetaire nevels aan hun betoverende vormen

Planetaire nevels kunnen allerlei kleuren en vormen aannemen. Waarom de ene de gedaante van een schijf aanneemt, de andere spiraalvormig oogt en nog een andere bipolair, bleef tot dusver grotendeels onverklaard. Tot nu.

Beeld: Stellaire winden rond koele, oudere sterren. De collage toont een variatie aan vormen als schijven, kegels en spiralen. Blauw gekleurd materiaal komt naar ons toe, rood materiaal beweegt van ons weg. (L. Decin, ESO/ALMA)

Sterren als de zon slijten hun oude dag als een witte dwerg, een lichtzwak hemellichaam niet groter dan de aarde, dat enkel nog wat thermische straling uitzendt. Voor het zover is, zijn ze eerst opgezwollen tot een rode reus. Om af te slanken van rode reus tot witte dwerg ontwikkelt zich een sterrenwind waarmee de ster stromen van deeltjes uitstoot.

Zolang de centrale ster voldoende energie uitstraalt, licht de omhullende uitgestoten stermaterie op en spreken we van een planetaire nevel. Een wat misleidende naam, maar wat je zag door het soort telescopen waarover sterrenkundigen zoals William Herschel aan het eind van de 18de eeuw beschikten, leek nu eenmaal sterk op planeten.

Schijven en spiralen, maar geen bollen

Betere telescopen toonden een indrukwekkende variëteit aan kleuren en vormen van planetaire nevels. De kleuren lieten zich vrij eenvoudig verklaren. Het licht van de centrale ster ioniseert de uitgestoten deeltjes. Die zenden op hun beurt licht uit, met een kleur die afhangt van de chemische samenstelling. 

Maar de veelheid aan vormen valt niet zomaar te verklaren. Aangezien een ster bolvormig is, klinkt het aannemelijk dat de sterrenwinden evenzeer bolvormig zijn. Alleen zou je dan verwachten dat ook de oplichtende nevel bolvormig is. Wat duidelijk niet het geval is.

‘We zagen dat deze sterrenwinden allesbehalve symmetrisch of rond waren. Sommige waren schijfvormig, andere bevatten spiralen. In een derde groep konden we kegels onderscheiden’

Een team van sterrenkundigen besloot een intensieve waarnemingscampagne van sterrenwinden op te zetten. Daarvoor konden ze beschikken over het ALMA Observatorium in Chili, de grootste radiotelescoop ter wereld. Ze keken naar de sterrenwinden van veertien sterren in een fase die net aan de vorming van planetaire nevels voorafgaat. Dat leidde tot een grote, gedetailleerde verzameling van observaties van sterrenwinden, iets wat tot dan toe nog nooit gebeurd was.

Dankzij die campagne  kunnen we de aanname van bolvormige sterrenwinden naar de prullenmand verwijzen. Sterrenkundige Leen Decin (KU Leuven), hoofdauteur van de studie die op 18 september in het vakblad Science verscheen: ‘We zagen dat deze sterrenwinden allesbehalve symmetrisch of rond waren. Sommige waren schijfvormig, andere bevatten spiralen. In een derde groep konden we kegels onderscheiden.

Verleden herzien

Daarmee vond het team vormen die vrij goed vergelijkbaar met die van planetaire nevels. Zo begrijpen we dan wel hoe de vorm van een planetaire nevel uit de sterrenwind ontstaat, maar hebben we het probleem dan niet gewoon verlegd? Want waarom zijn de sterrenwinden niet bolvormig, terwijl ze toch door bolvormige sterren geproduceerd zijn?

Dat bracht de onderzoekers tot een andere hypothese: de vervorming van de sterrenwind is het gevolg van de aanwezigheid van een begeleider. Die is te klein en lichtzwak om waar te nemen. Het kan een andere lichte ster zijn, of een (zware) planeet. Decin vergelijkt het effect met een alledaags verschijnsel:  ‘Net zoals je in een tas koffie met wat melk een spiraalvormig patroon kan creëren met je lepel, zuigt de metgezel materiaal naar zich toe terwijl hij rond de ster draait en vormt zo de sterrenwind.’

‘Net zoals je in een tas koffie met wat melk een spiraal kan creëren met je lepel, zuigt de metgezel materiaal naar zich toe terwijl hij rond de ster draait’

Een modelmatige analyse bevestigde deze hypothese. ‘Al onze waarnemingen kunnen worden verklaard door het feit dat de sterren een metgezel hebben’, zegt Decin. Voor de aardigheid lieten de onderzoekers hun model ook eens draaien voor de zon. Over 7 miljard jaar mag je je volgens Decin en co verwachten aan een zwakke spiraalvorm in de sterrenwind. Met dank aan Jupiter en Saturnus.

Een lang openstaand raadsel oplossen is op zich al mooi genoeg. Maar Decin denkt een stap verder.  ‘Onze bevindingen veranderen heel wat. Aangezien er in het verleden geen rekening werd gehouden met de complexiteit van sterrenwinden, kan elke eerdere schatting van het massaverlies van oude sterren tot een factor 10 verkeerd zijn.’

‘Al onze waarnemingen kunnen worden verklaard door het feit dat de sterren een metgezel hebben’

En als we het massaverlies van stervende sterren tot dusver systematisch verkeerd ingeschat hebben, moeten we misschien wel cruciale eigenschappen van stellaire en kosmische evolutie herbekijken. Het team is meteen aan de slag gegaan met een vervolgstudie.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *