De ster V Sagittae is de volgende kandidaat die explodeert in stellaire pyrotechniek, en een team van astronomen zette het jaar voor die catastrofale explosie op 2083 of daaromtrent. V Sagittae is in het sterrenbeeld Sagitta (Latijn voor pijl), een schemerig en nauwelijks waarneembaar sterrenbeeld aan de noordelijke hemel. V Sagittae is ongeveer 1100 lichtjaar van de aarde verwijderd.
In 1902 ontdekten astronomen V Sge als een variabele ster, en in 1963 identificeerde een team van astronomen onder leiding van de Amerikaan George Herbig het als een dubbelster. Het zit in een klasse van sterren die cataclysmische variabelen (CV's) worden genoemd, waar een gewone ster om een witte dwerg draait. De baanster is de primaire ster en de secundaire ster is een massa-overdragende ster.
In een rampzalige variabele liggen de twee sterren dicht genoeg bij elkaar zodat de zwaartekracht van de witte dwerg de secundaire ster vervormt. Materiaal van de secundaire ster of donorster wordt in een aanwasring rond de witte dwerg getrokken. Het materiaal in de accretieschijf zendt sterke UV- en röntgenenergie uit als het in de witte dwerg valt.
"In alle andere bekende CV's is de witte dwerg zwaarder dan de normale ster, dus V Sge is volkomen uniek."
Emeritus hoogleraar Bradley E. Schaefer, LSU-afdeling Fysica en Astronomie; Hoofdauteur
Volgens nieuw onderzoek bevinden de V Sge-sterren zich in een doodsspiraal. De komende decennia zal V Sge dramatisch opfleuren. Dan, ergens rond 2083, bereikt het een kantelpunt. Er zal zoveel massaoverdracht plaatsvinden van de donorster naar de witte dwerg dat de donorster dichter naar elkaar toe zal draaien totdat ze samensmelten. Die onvermijdelijke fusie zal een catastrofale nova veroorzaken.
Emeritus hoogleraar Bradley E. Schaefer, LSU-afdeling Fysica en Astronomie, leidde de nieuwe studie.
'We hebben nu een sterke voorspelling voor de toekomst van V Sge', zei professor Schaefer in een persbericht. 'De komende decennia zal de ster snel oplichten. Rond het jaar 2083 zal het aanwaspercentage catastrofaal stijgen, waardoor de massa met ongelooflijk hoge snelheden op de witte dwerg terechtkomt, terwijl dit materiaal wegbrandt. In de laatste dagen van deze doodsspiraal zal de hele massa van de begeleidende ster op de witte dwerg vallen, waardoor een supermassieve wind ontstaat van de samenvloeiende ster, die zo helder lijkt als Sirius, mogelijk zelfs zo helder als Venus. '
Het nieuwe onderzoek werd gepresenteerd op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Astronomical Society.
Cataclysmische variabelen zijn een grote diverse categorie sterren met veel verschillende soorten. V Sge is een van de meest extreme typen. In het geval van V Sge is de donorster bijna vier keer zo zwaar als zijn witte dwerggenoot, waardoor het de enige bekende CV is waar de donorster zwaarder is dan de dwerg.
V Sge is ongeveer 100 keer helderder dan alle andere bekende cv's. Het paar zorgt voor een enorm krachtige stellaire wind en dit betekent een spectaculair einde van het binaire systeem. De extreme helderheid betekent maar één ding: de witte dwerg verwijdert steeds meer materiaal van de donorster. Een deel van dat materiaal zal zich ophopen op de witte dwerg en sommige worden in een ruimte weg van de witte dwerg versneld in een felle zonnewind, waardoor het systeem vertroebelt. Uiteindelijk zal de donorster zoveel materiaal verliezen dat zijn baan zal vervallen en de twee zullen botsen.
"In alle andere bekende cv's is de witte dwerg zwaarder dan de normale ster, dus V Sge is volkomen uniek", zegt Schaefer.
Astronomen weten al lang dat V Sge een ongewoon binair getal was met vreemde eigenschappen. Maar pas nu hebben ze begrepen dat het paar in een verkrappende doodsspiraal verkeerde. Dat komt omdat er gearchiveerde foto's zijn van V Sge die teruggaat tot de jaren 1890, waarin de ster in de loop van de tijd helderder wordt naarmate de witte dwerg steeds meer materiaal van de donor ophoopt.
"Eerder hebben astronomen V Sge bestudeerd, zich realiserend dat het een ongebruikelijk systeem is met extreme eigenschappen", zegt Juhan Frank, een teamlid. "Niemand had echter beseft dat de binaire baan erg snel in spiraalvorm was."
V Sge ervaart extreme helderheid met een factor 10x en 2,5 magnitudes sinds ongeveer 1907, volgens het archief met afbeeldingen van de American Association of Variable Star Observers.
"V Sge wint exponentieel aan helderheid met een verdubbeling van de tijdschaal van 89 jaar", aldus Frank. "Deze verheldering kan alleen het gevolg zijn van het feit dat de massasnelheid die van de normale begeleidende ster valt exponentieel toeneemt, uiteindelijk omdat de binaire baan snel in spiraalvorm is."
"In afwachting van dit snelle verval van de baan, is het lot van V Sge bezegeld", aldus Schaefer. “De kritische en eenvoudige fysica is afgeleid van V Sge, waarbij de begeleidende ster veel zwaarder is dan de witte dwergster, waardoor de massaoverdracht gedwongen exponentieel stijgt. Anticiperend op de komende decennia, zal V Sge in een snel tempo spiraalvormig worden met toenemende helderheid. ”
"Het is onvermijdelijk dat deze spiraal in de spiraal een climax bereikt waarbij het grootste deel van het gas in de normale ster op de witte dwerg valt, allemaal in de laatste weken en dagen", zei Schaefer. "Deze vallende massa zal een enorme hoeveelheid potentiële energie door zwaartekracht vrijmaken, een stellaire wind aansturen zoals nooit eerder gezien, en de helderheid van het systeem verhogen tot net minder dan die van supernova's op het hoogtepunt."
Met alle historische gegevens kon het team berekenen wanneer V Sge tegen elkaar zou botsen.
"Uit deze cruciale nieuwe input van de verdubbelingstijdschaal van 89 jaar wordt het mogelijk om de toekomstige evolutie van V Sge rechtstreeks te berekenen, allemaal met behulp van standaardvergelijkingen die de vele betrokken fysische mechanismen beschrijven", aldus Schaefer.
Uit de berekeningen blijkt dat de catastrofale botsing zal plaatsvinden in 2083 +/- 16 jaar.
"De onzekerheid op deze datum is ± 16 jaar, voornamelijk als gevolg van het niet perfect meten van de verdubbelingstijdschaal vanwege de grote intrinsieke jitter van de helderheid in het historische record", zei Frank. "Daarom zal de samenvoeging ongeveer tussen 2067 en 2099 plaatsvinden, hoogstwaarschijnlijk in het midden van dit bereik."
De piekhelderheid duurt ongeveer een maand en zal in dat opzicht tussen Venus en Sirius liggen. Zodra de twee sterren zijn samengevoegd, is de donorster verdwenen en blijft er nog maar één rode gigantische ster over. Die ster zal een kern hebben van gedegenereerde elektronenmassa, bestaande uit elektronen die door het bovenliggende materiaal in de laagste energietoestand worden gedwongen. Het bovenliggende materiaal zal in dit geval een waterstofverbrandende laag zijn, omgeven door een enorme halo van voornamelijk waterstof.
Wanneer de fusie en de verheldering plaatsvinden, zal het historisch zijn. Het V Sge-evenement zal niet zo helder zijn als de beroemde Kepler Supernova uit 1604. Kepler's Supernova was ongeveer drie weken zichtbaar in de daghemel en werd destijds geregistreerd door verschillende beschavingen over de hele wereld. Maar V Sge zal ook met het blote oog te zien zijn.
'Zo zal V Sge verrassend helder aan de nachtelijke hemel verschijnen', zei Schaefer. "Dit is aanzienlijk helderder dan de helderste bekende nova (met -0,5) iets meer dan een eeuw geleden, en de laatste keer dat een‘ gastster ’helderder leek, was Kepler's Supernova in het jaar 1604."
"Nu kunnen mensen over de hele wereld weten dat ze een wonderbaarlijke gastster een maand lang als de helderste aan de hemel zullen zien schijnen, aangegeven door de pijl net onder Cygnus, de zwaan", zei Schaefer.
De nova's die door dit soort fusie ontstaan, worden in de astronomie gebruikt als standaardkaarsen, waardoor astronomen grote afstanden kunnen meten. Sommige nova's laten ook restanten achter, hoewel ze niet zo energiek of massief zijn als supernova-restanten. Nova-restanten kunnen enkele eeuwen meegaan.
Meer:
- Persbericht: Binary Star V Sagittae explodeert tegen Century’s End als zeer heldere ‘Nova’
- Ondersteunende informatie: https://www.lsu.edu/physics/v_sagittae.php
- Space Magazine: deze ster gaat al miljoenen jaren elk jaar naar Nova
