Sterren worden tegen het einde van hun leven behoorlijk slordig. Bij elke pulsatie schiet de stervende ster klodders gas de ruimte in die uiteindelijk worden gerecycled tot een nieuwe generatie sterren en planeten. Maar het is moeilijk om al dat verloren materiaal te verantwoorden. Alsof je probeert om een rookpluk te zien naast de schijnwerpers van een stadion, is het een behoorlijke uitdaging om deze dunne laagjes stellair materiaal net over het oppervlak van de ster te zien dwarrelen. Echter, met behulp van een innovatieve techniek om sterrenlicht in beeld te brengen dat verstrooid wordt door interstellaire korrels, zijn astronomen er eindelijk in geslaagd rimpels stof te zien stromen van stervende sterren!
De sterren - W Hydra, R Doradus en R Leonis - zijn allemaal zeer variabele rode reuzen, sterren die niet langer waterstof in hun kernen smelten, maar zijn doorgegaan met het vormen van zwaardere elementen. Elk is volledig omhuld door een zeer dunne stofomhulling die hoogstwaarschijnlijk bestaat uit mineralen zoals forsteriet en enstatiet. Deze korrels kunnen zich pas vormen als de rauwe ingrediënten op enige afstand van de ster zijn gestroomd. Op afstanden die ongeveer gelijk zijn aan de grootte van de ster zelf, is het gas voldoende afgekoeld om atomen aan elkaar te laten kleven en complexere verbindingen te vormen. Mineralen zoals deze zullen doorgaan met het zaaien van asteroïden en mogelijk rotsachtige planeten zoals de aarde in de voortdurende cyclus van dood en wedergeboorte in de Melkweg.
Het artikel dat deze ontdekking beschrijft, geaccepteerd voor het tijdschrift Natuur, vindt u hier.
De astronomen die onlangs deze ontdekking rapporteerden, gebruikten de acht meter brede Very Large Telescope in de Chileense Atacama-woestijn - en een reeks slimme gereedschappen - om de subtiele reflecties van deze stofschalen te verwijderen. De truc om licht te zien weerkaatsen door interstellaire stofdeeltjes, is profiteren van een van de lichtgolfeigenschappen. Stel je voor dat je een stuk touw had: het ene uiteinde ligt in je hand, het andere aan een muur. Je begint je uiteinde te wiebelen en golven gaan langs het koord. Als je je arm op en neer beweegt, staan de golven loodrecht op de vloer; als je je arm heen en weer beweegt, lopen ze er parallel aan. De oriëntatie van die golven staat bekend als hun "polarisatie". Als je dingen door elkaar haalt door constant de richting te veranderen waarin je arm oscilleerde, zou de oriëntatie van de golven op dezelfde manier worden verward. Het touw stuiterde alle kanten op. Zonder een voorkeurs bewegingsrichting zouden de touwgolven "ongepolariseerd" zijn.
Lichtgolven die door het oppervlak van de ster worden uitgezonden, zijn net als je chaotische touw dat slingert. De oscillaties in de elektrische en magnetische velden waaruit de voortplantende lichtgolf bestaat, hebben geen bewegingsrichting die de voorkeur heeft - ze zijn ongepolariseerd. Wanneer licht echter van een stofkorrel terugkaatst, valt al die verwarring weg. De golven oscilleren nu in ongeveer dezelfde richting, alsof je besluit om alleen het touw op en neer te laten stuiteren. Astronomen noemen dit licht 'gepolariseerd'.
Een polarisatiefilter laat alleen licht door met een specifieke oriëntatie. Houd het op één manier vast en alleen "verticaal gepolariseerd" licht - licht waar het elektrische veld op en neer oscilleert - gaat door. Draai het filter negentig graden en je zendt alleen 'horizontaal gepolariseerd' licht uit. Als je een polariserende zonnebril hebt, kun je dit zelf proberen door de bril te draaien en te kijken hoe de scène door de lenzen helderder en donkerder wordt. Dit is ook een mooie demonstratie van hoe onze atmosfeer inkomend zonlicht polariseert.
Een laag stof rond een ster zal het licht dat erop weerkaatst, polariseren. Net zoals de lucht helderder en zwakker wordt als je je zonnebril omdraait, zal het kijken naar een dergelijke ster door anders georiënteerde polarisatiefilters een halo van gepolariseerd licht eromheen onthullen. De verschillende oriëntaties zullen verschillende segmenten van de halo onthullen. Door polarimetrische waarnemingen te combineren met interferometrie - het samen slaan van lichtgolven van ver uit elkaar liggende plekken op een telescoopspiegel om beelden met een zeer hoge resolutie te creëren - onthult zich een dunne ring van verstrooid licht rond deze drie sterren.
Deze nieuwe waarnemingen vormen een mijlpaal in ons begrip van niet alleen het eindspel van een ster, maar ook van de productie van interstellair stof dat volgt. Net als de schoorstenen van grote fabrieken, stoten rode reuzensterren een roet van mineralen de ruimte in, omhoog gedragen door stellaire winden. Met een nauwgezette observatie kunnen resultaten als deze de dood van de ene generatie sterren en de geboorte van een andere helpen verbinden. Het ontrafelen van de mysteries van korrelvorming in de ruimte brengt ons een stap dichter bij het samenvoegen van de vele stappen die leiden van een stervormige dood tot de creatie van rotsachtige planeten zoals de onze.
