Supersterrenclusters zijn groepen van honderdduizenden zeer jonge sterren, verpakt in een ongelooflijk klein volume. Ze vertegenwoordigen de meest extreme omgevingen waarin sterren en planeten zich kunnen vormen.
Tot nu toe was het alleen bekend dat supersterrenclusters erg ver weg bestaan, meestal in paren of groepen interagerende sterrenstelsels. Maar nu heeft een team van Europese astronomen [1] ESO's telescopen gebruikt om zo'n monsterobject in onze eigen Melkweg, de Melkweg, bijna, maar niet helemaal, in onze eigen achtertuin te ontdekken!
De nieuw gevonden massieve structuur is verborgen achter een grote wolk van stof en gas en daarom duurde het zo lang om de ware aard ervan te onthullen. Het staat bekend als “Westerlund 1” en is duizend keer dichterbij dan welke andere supersterrencluster dan ook. Het is dichtbij genoeg dat astronomen de structuur nu tot in detail kunnen onderzoeken.
Westerlund 1 bevat honderden zeer zware sterren, waarvan sommige schijnen met een schittering van bijna een miljoen zonnen en zo'n tweeduizend keer groter dan de zon (zo groot als de baan van Saturnus)! Inderdaad, als de zon zich in het hart van deze opmerkelijke cluster zou bevinden, zou onze hemel vol zijn met honderden sterren zo helder als de volle maan. Westerlund 1 is een zeer uniek natuurlijk laboratorium voor de studie van extreme stellaire fysica, en helpt astronomen om erachter te komen hoe de meest massieve sterren in onze Melkweg leven en sterven.
Uit hun waarnemingen concluderen de astronomen dat deze extreme cluster hoogstwaarschijnlijk niet minder dan 100.000 keer de massa van de zon bevat, en dat al zijn sterren binnen een gebied van minder dan 6 lichtjaar in doorsnee liggen. Westerlund 1 lijkt dus de meest massieve compacte jonge cluster tot nu toe te zijn geïdentificeerd in de Melkweg.
Super Star Clusters
Sterren worden over het algemeen in kleine groepen geboren, meestal in zogenaamde "open sterrenhopen" die doorgaans een paar honderd sterren bevatten. Uit een breed scala aan waarnemingen leiden astronomen af dat de zon zelf zo'n 4500 miljoen jaar geleden in zo'n cluster is geboren.
In sommige actieve ("starburst") sterrenstelsels hebben wetenschappers gewelddadige episodes van stervorming waargenomen (zie bijvoorbeeld ESO Press Photo 31/04), wat leidde tot de ontwikkeling van supersterclusters, die elk miljoenen sterren bevatten.
Dergelijke gebeurtenissen kwamen duidelijk voor tijdens de kinderjaren van de Melkweg, meer dan 12.000 miljoen jaar geleden: de vele galactische bolhopen - die bijna net zo oud zijn als onze Melkweg (bijv. ESO PR 20/04) - worden inderdaad beschouwd als de overblijfselen van vroege supersterrenclusters.
Alle tot nu toe waargenomen supersterclusters in sterrenstelsels zijn ver weg. Het is niet mogelijk om hun individuele sterren te onderscheiden, zelfs niet met de meest geavanceerde technologie. Dit bemoeilijkt hun studie dramatisch en astronomen zijn dan ook al lang op zoek naar dergelijke clusters in onze buurt om hun structuur veel gedetailleerder te onderzoeken.
Nu is een team van Europese astronomen [1] er eindelijk in geslaagd om dit te doen, met behulp van verschillende ESO-telescopen op het La Silla-observatorium (Chili).
Westerlund 1
De open cluster Westerlund 1 bevindt zich in het zuidelijke sterrenbeeld Ara (het Altaar-sterrenbeeld). Het werd in 1961 vanuit Australië ontdekt door de Zweedse astronoom Bengt Westerlund, die later van daaruit verhuisde om ESO-directeur in Chili te worden (1970 - 74). Deze cluster bevindt zich achter een enorme interstellaire gas- en stofwolk die het meeste van zijn zichtbare licht blokkeert. De dimfactor is meer dan 100.000 - en daarom heeft het zo lang geduurd om de ware aard van dit specifieke cluster te ontdekken.
In 2001 identificeerde het team van astronomen meer dan een dozijn extreem hete en eigenaardige massieve sterren in de cluster, de zogenaamde "Wolf-Rayet" -sterren. Sindsdien hebben ze Westerlund 1 uitgebreid bestudeerd met verschillende ESO-telescopen.
Ze gebruikten beelden van de Wide Field Imager (WFI) die aan de 2,2 m ESO / MPG was bevestigd, en van de SUperb Seeing Imager 2 (SuSI2) -camera op de ESO 3,5 m New Technology Telescope (NTT). Op basis van deze waarnemingen konden ze ongeveer 200 sterren van clusterclusters identificeren.
Om de ware aard van deze sterren vast te stellen, hebben de astronomen spectroscopische waarnemingen verricht van ongeveer een kwart ervan. Hiervoor gebruikten ze de Boller & Chivens-spectrograaf op de ESO 1,52-meter telescoop en het ESO Multi-Mode Instrument (EMMI) op de NTT.
Een exotische dierentuin
Deze waarnemingen hebben een grote populatie van zeer heldere en massieve, vrij extreme sterren onthuld. Sommigen vullen de ruimte van het zonnestelsel binnen de baan van Saturnus (ongeveer 2000 keer groter dan de zon!), Anderen zijn zo helder als een miljoen zonnen.
Westerlund 1 is duidelijk een fantastische stellaire dierentuin, met een meest exotische populatie en een echte astronomische bonanza. Alle geïdentificeerde sterren zijn geëvolueerd en zeer massief, en omvatten het volledige scala aan stellaire eigenaardigheden van Wolf-Rayet-sterren, OB-superreuzen, Gele hyperreuzen (bijna net zo helder als een miljoen zonnen) en Lichtgevende blauwe variabelen (vergelijkbaar met het uitzonderlijke Eta Carinae-object - zie ESO PR 31/03).
Alle tot nu toe in Westerlund 1 geanalyseerde sterren wegen minstens 30-40 keer meer dan de zon. Omdat zulke sterren - astronomisch gesproken - een vrij korte levensduur hebben, moet Westerlund 1 heel jong zijn. De astronomen bepalen een leeftijd ergens tussen 3,5 en 5 miljoen jaar. Westerlund 1 is dus duidelijk een 'pasgeboren' cluster in onze Melkweg!
De meest massieve cluster
Westerlund 1 is ongelooflijk rijk aan monstersterren - net als één voorbeeld, het bevat zoveel gele hyperreuzen als tot nu toe bekend waren in de hele Melkweg!
"Als de zon zich in het hart van Westerlund 1 zou bevinden, zou de lucht vol sterren zijn, waarvan vele helderder dan de volle maan", zegt Ignacio Negueruela van de Universidad de Alicante in Spanje en lid van het team.
De grote hoeveelheid zeer zware sterren impliceert dat Westerlund 1 een enorm aantal sterren moet bevatten. 'In onze Melkweg', legt Simon Clark van het University College London (VK) en een van de auteurs van deze studie uit, 'zijn er meer dan 100 zonneachtige sterren voor elke ster die 10 keer zoveel weegt als de zon. Het feit dat we in Westerlund 1 honderden massieve sterren zien, betekent dat het waarschijnlijk bijna een half miljoen sterren bevat, maar de meeste hiervan zijn niet helder genoeg om door de verduisterende wolk van gas en stof te gluren ”. Dit is tien keer meer dan alle andere bekende jonge sterrenhopen in de Melkweg.
Westerlund 1 is vermoedelijk veel zwaarder dan de dichte clusters van zware sterren die in het centrale gebied van onze Melkweg aanwezig zijn, zoals de Arches- en Quintuplet-clusters. Om dit te bevestigen zijn verdere diep-infraroodwaarnemingen nodig.
Deze superstercluster biedt astronomen nu een uniek perspectief op een van de meest extreme omgevingen in het heelal. Westerlund 1 zal zeker nieuwe kansen bieden in de al lang bestaande zoektocht naar meer en fijnere details over hoe sterren, en vooral massieve sterren, zich vormen.
... en de meest dichte
Het grote aantal sterren in Westerlund 1 was niet de enige verrassing die Clark en zijn collega's wachtten. Uit hun observaties ontdekten de teamleden ook dat al deze sterren in een verbazingwekkend klein volume van ruimte zijn verpakt, inderdaad minder dan 6 lichtjaar in doorsnede. In feite is dit min of meer vergelijkbaar met de afstand van 4 lichtjaar tot de ster die zich het dichtst bij de zon bevindt, Proxima Centauri!
Het is ongelooflijk: de concentratie in Westerlund 1 is zo hoog dat de gemiddelde scheiding tussen sterren redelijk vergelijkbaar is met de omvang van het zonnestelsel.
"Met zoveel sterren in zo'n klein volume, kunnen sommigen van hen botsen", denkt Simon Clark. “Dit zou kunnen leiden tot de vorming van een zwart gat met een gemiddelde massa van meer dan 100 zonsmassa's. Het is heel goed mogelijk dat zich in de kern van Westerlund 1 al zo'n monster heeft gevormd. ”
De enorme populatie van zware sterren in Westerlund 1 suggereert dat het een zeer grote impact zal hebben op de omgeving. De cluster bevat zoveel massieve sterren dat het in een tijdspanne van minder dan 40 miljoen jaar de plaats zal zijn van meer dan 1.500 supernova's. Een gigantisch vuurwerk dat een fontein van galactisch materiaal kan aandrijven!
Omdat Westerlund 1 zich op een afstand van slechts ongeveer 10.000 lichtjaar bevindt, kunnen camera's met een hoge resolutie, zoals NAOS / CONICA op ESO's Very Large Telescope, de individuele sterren ervan onderscheiden. Dergelijke waarnemingen beginnen nu kleinere sterren in Westerlund 1 te onthullen, waaronder enkele die minder zwaar zijn dan de zon. Astronomen zullen dus binnenkort deze exotische galactische dierentuin diepgaand kunnen bestuderen.
Meer informatie
Het onderzoek dat in dit ESO-persbericht wordt gepresenteerd, zal binnenkort verschijnen in het toonaangevende onderzoekstijdschrift Astronomy and Astrophysics ("Over de enorme stellaire populatie van de Super Star Cluster Westerlund 1" door J.S. Clark en collega's). Het PDF-bestand is beschikbaar op de A & A-website. Een tweede paper ("Further Wolf-Rayet stars in the starburst cluster Westerlund 1", door Ignacio Negueruela en Simon Clark) zal binnenkort ook verschijnen in Astronomy and Astrophysics. Het is verkrijgbaar als astro-ph / 0503303.
Een Spaans persbericht uitgegeven door Universidad de Alicante is beschikbaar op de website van Ignacio Negueruela.
Notitie
[1]: Het team bestaat uit Simon Clark (University College London, VK), Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Spanje), Paul Crowther (University of Sheffield, VK), Simon Goodwin (University of Wales, Cardiff, VK) , Rens Waters (Universiteit van Amsterdam) en Sean Dougherty (Dominion Radio Astrophysical Observatory).
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
