Zware sterren voeden zich niet met stofschijf maar met puinhoop

Een team van astronomen onder Nederlandse leiding heeft ontdekt dat zware sterren anders ontstaan dan hun kleine broertjes en zusjes. Waar kleine sterren vaak een geordende schijf van stof en materie om zich heen hebben, is de materiaalaanvoer bij grote sterren een chaotische puinhoop. De onderzoekers gebruikten de telescopen van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en publiceerden hun bevindingen onlangs in het vakblad the Astrophysical Journal.

ALMA-schotelantennes. (c) ALMA/W. Garnier
ALMA-schotelantennes. (c) ALMA/W. Garnier

Van jonge, kleine sterren is goed bekend hoe ze ontstaan. Ze onttrekken op een relatief georganiseerde manier materie uit een schijf van gas en stof. Astronomen hebben al veel van deze stofschijven gezien rond jonge, lichte sterren, maar nog nooit rond jonge, zware sterren. De vraag was dan ook of grote sterren wel op dezelfde manier ontstaan als kleine sterren.

"Onze waarnemingen leveren nu overtuigend bewijs op dat het antwoord nee is," zegt Ciriaco Goddi, verbonden aan de Radboud Universiteit Nijmegen en het ALMA-expertisecentrum Allegro aan de Universiteit Leiden.

Goddi voerde een team aan dat drie zeer jonge, zware sterren bestudeerde in stervormingsgebied W51 op ongeveer 17.000 lichtjaar van de aarde. De onderzoekers zochten speciaal naar grote, stabiele schijven met naar buiten bewegende straalstromen van materiaal loodrecht op het vlak van de schijf. Met het grote oplossend vermogen van de ALMA-telescopen zouden zulke schijven te zien moeten zijn.

Goddi: "Maar in plaats van stabiele schijven, ontdekten we dat de voedingszone van jonge, zware sterren eruitziet als een chaotische puinhoop."

De waarnemingen toonden gasslierten die vanuit allerlei richtingen op de jonge, zware sterren afkomen. Daarnaast zagen de onderzoekers zogeheten jets die erop duiden dat er mogelijk kleine, voor de telescoop onzichtbare, schijven zijn. Verder lijkt het erop dat bij een van de drie onderzochte sterren zo'n honderd jaar geleden een schijf is omgedraaid. Kortom: chaos.

De onderzoekers concluderen dat deze zware jonge sterren, in ieder geval in hun jongste jaren, gevormd worden met materiaal uit meerdere richtingen en met onregelmatige snelheid. Dat is dus anders dan bij kleine sterren waarbij een stabiele instroom van materiaal is. De astronomen vermoeden verder dat die meervoudige aanvoer van materiaal waarschijnlijk de reden is dat er geen grote, stabiele schijven kunnen ontstaan.

"Een dergelijk ongeordende-inval-model werd al eens voorgesteld op basis van computersimulaties. Nu hebben we het eerste observationele bewijs dat het model ondersteunt," aldus Goddi.

Over ALMA
ALMA bestaat uit 66 schotelantennes verspreid over afstanden tot 16 kilometer op de Chajnantor-hoogvlakte in de Chileense Andes. Het is een samenwerkingsverband van Europa, de Verenigde Staten, Canada, Japan, Taiwan, Korea en Chili. Nederland heeft voor de telescopen drie soorten ontvangers gebouwd: Band 5, Band 9 en Band 2 (in ontwikkeling). De beeldscherpte van ALMA is tot tienmaal zo groot als die van de Hubble-ruimtetelescoop.

Wetenschappelijk artikel
Multidirectional Mass Accretion and Collimated Outflows on Scales of 100–2000 au in Early Stages of High-mass Protostars. Door: C. Goddi, A. Ginsburg, L.T. Maud, Q. Zhang & Luis A. Zapata. The Astrophysical Journal, Volume 905, 9 december 2020. (origineel | gratis preprint)