Enorme sterren met partners werpen ongeveer twee keer zoveel koolstof de ruimte in als hun afzonderlijke soortgenoten
Een massieve ster kan zijn melkwegstelsel veel nieuwe koolstof geven, vooral als een andere ster om de massieve draait. Deze composietafbeelding toont de overblijfselen van een massieve ster die explodeerde in het sterrenbeeld Cassiopeia, waarbij rood infraroodstraling aangeeft, geel zichtbaar licht en blauw röntgenstraling.
De volgende keer dat je je gelukkige sterren bedankt, wil je misschien de binaries zegenen. Nieuwe berekeningen geven aan dat een massieve ster waarvan de buitenste laag wordt afgescheurd door een begeleidende ster, uiteindelijk veel meer koolstof afstoot dan wanneer de ster als eenling was geboren.
“Die ster maakt ongeveer twee keer zoveel koolstof als een enkele ster zou maken”, zegt Rob Farmer, een astrofysicus aan het Max Planck Institute for Astrophysics in Garching, Duitsland.
Al het leven op aarde is gebaseerd op koolstof, het vierde meest voorkomende element in de kosmos, na waterstof, helium en zuurstof. Zoals bijna elk chemisch element dat zwaarder is dan helium, wordt koolstof gevormd in sterren (SN: 2/12/21). Voor veel elementen hebben astronomen de belangrijkste bron kunnen achterhalen. Zuurstof komt bijvoorbeeld bijna volledig van massieve sterren, waarvan de meeste exploderen, terwijl stikstof meestal wordt gemaakt in sterren met een lagere massa, die niet exploderen. Daarentegen ontstaat koolstof zowel in massieve als in kleinere sterren. Astronomen willen precies weten welke soorten sterren het leeuwendeel van dit vitale element hebben gesmeed.
Farmer en zijn collega’s keken specifiek naar massieve sterren, die minstens acht keer zwaarder zijn dan de zon, en berekenden hoe ze zich met en zonder partners gedragen. Kernreacties in de kern van een massieve ster zetten waterstof eerst om in helium. Als de waterstof in de kern opraakt, zet de ster uit en al snel begint de kern helium om te zetten in koolstof.
Maar massieve sterren hebben meestal begeleidende sterren, wat een draai aan de verhaallijn geeft: wanneer de ster uitzet, kan de zwaartekracht van de metgezel de buitenste omhulling van de grotere ster afscheuren, waardoor de heliumkern zichtbaar wordt. Daardoor kan vers geslagen koolstof via een stroom deeltjes de ruimte instromen.
“In deze zeer massieve sterren zijn deze winden behoorlijk sterk”, zegt Farmer. De berekeningen van zijn team geven bijvoorbeeld aan dat de wind van een ster die 40 keer zo zwaar wordt geboren als de zon met een naaste metgezel, 1,1 zonsmassa’s koolstof uitwerpt voordat hij sterft. Ter vergelijking: een enkele ster geboren met dezelfde massa werpt slechts 0,2 zonsmassa aan koolstof uit, rapporteren de onderzoekers in een paper dat op 8 oktober is ingediend bij arXiv.org en in de pers op de Astrofysisch tijdschrift.
Als de massieve ster vervolgens explodeert, kan deze ook beter presteren dan een supernova van een solo-zware ster. Dat komt omdat, wanneer de begeleidende ster de envelop van de massieve ster verwijdert, de heliumkern krimpt. Deze samentrekking laat wat koolstof achter, buiten de kern. Als gevolg hiervan kunnen kernreacties die koolstof niet omzetten in zwaardere elementen zoals zuurstof, waardoor er meer koolstof in de ruimte wordt geworpen door de explosie. Als de ster enkelvoudig was geweest, zou de kern veel van die koolstof hebben vernietigd.
Door de output van massieve sterren met verschillende massa’s te analyseren, concludeert het team van Farmer dat de gemiddelde massieve ster in een dubbelster 1,4 tot 2,6 keer zoveel koolstof door wind en supernova-explosies uitstoot als de gemiddelde massieve ster die enkelvoudig is.
Gezien het aantal massieve sterren in dubbelsterren, zegt astronoom Stan Woosley dat het benadrukken van de evolutie van dubbelsterren, zoals de onderzoekers hebben gedaan, nuttig is om de oorsprong van een cruciaal element vast te stellen. Maar “Ik denk dat ze een te sterke claim maken op basis van modellen die mogelijk gevoelig zijn voor onzekere fysica”, zegt Woosley van de Universiteit van Californië, Santa Cruz. In het bijzonder, zegt hij, zijn de massaverliespercentages voor massieve sterren niet goed genoeg bekend om een specifiek verschil in koolstofproductie tussen enkelvoudige en dubbelsterren te beweren.
Farmer erkent de onzekerheid, maar “het algemene beeld is goed”, zegt hij. “De binaire bestanden maken meer [carbon].”
