Sterren vertonen allerlei soorten gedrag terwijl ze evolueren. Kleine rode dwergen smeulen miljarden of zelfs biljoenen jaren. Enorme sterren branden heet en helder, maar duren niet lang. En dan zijn er natuurlijk supernova's.
Sommige andere sterren ondergaan een periode van intense affakkeling als ze jong zijn, en die jonge flakkerende sterren hebben de aandacht getrokken van astronomen. Een team van onderzoekers gebruikt de Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) om te proberen de jeugdige affakkeling te begrijpen. Hun nieuwe studie heeft mogelijk de oorzaak gevonden en mogelijk geholpen bij het oplossen van een al lang bestaand probleem in de astronomie.
Het type ster in kwestie is FU Orionis-sterren (FU Ori). FU Orionis is zowel een type ster als ook een specifieke ster in het sterrenbeeld Orion. Het type is genoemd naar de specifieke ster, die de eerste in zijn soort was die in 1937 oplaaide.
FU Ori-sterren zijn jonge sterren die nog niet in de hoofdreeks staan en nog niet al hun massa hebben verworven. Ze kunnen in slechts één jaar met verschillende ordes van grootte oplaaien. Deze uitbarstende afleveringen kunnen tientallen jaren duren, en onderzoekers denken dat de activiteit wordt veroorzaakt door verhoogde aanwas in de jeugd van de ster. Wetenschappers denken dat de ster tijdens het affakkelen een aanzienlijk deel van zijn uiteindelijke massa kan verkrijgen.
"Episodische aanwas en de implicaties ervan voor de vorming van sterren en planeten worden niet goed begrepen."
Perez et. al. 2020
Nu onderzoekt een team van onderzoekers FU Ori-sterren nader. Sebastien Perez van de Universiteit van Santiago, Chili, leidde de studie. Hun nieuwe paper heet "Resolving the FU Orionis System with ALMA: Interacting Twin Disks?" Het is gepubliceerd in The Astrophysical Journal.
Wetenschappers willen weten wat er achter deze aanwas en de daarmee samenhangende affakkeling zit. Ervaren slechts enkele sterren het? Of is het een stadium waar alle of de meeste sterren doorheen gaan? Hoe lang duurt het; gebeurt het maar één keer in het leven van een ster; waarom eindigt het?
Jonge proto-sterren zijn minder helder dan verwacht volgens ons begrip van stellaire vorming. Dat staat bekend als het 'lichtsterkteprobleem' in de astronomie, en wetenschappers worstelen al lang met dat probleem. Als jonge sterren regelmatig zouden aangroeien, zouden ze helderder moeten zijn. Als alle jonge sterren de overstraling vertonen die wordt gezien in FU Ori-sterren, zou dit deze ontbrekende helderheid kunnen verklaren. Astronomen hebben zich al enige tijd afgevraagd of de massa-aanwas in deze jonge vormende sterren misschien niet constant is, en of dat het helderheidsprobleem kan verklaren.
"Episodische aanwas en de implicaties ervan voor de vorming van sterren en planeten worden niet goed begrepen", zeggen de auteurs in hun paper. “Er zijn verschillende fysieke processen voorgesteld om zulke dramatische accretiegebeurtenissen te verklaren. De meest favoriete mechanismen zijn onder meer schijffragmentatie en de daaropvolgende inwaartse migratie van de fragmenten, gravitatie-instabiliteit en magneto-rotatie-instabiliteit onder andere. ”
De archetypische FU Ori-ster is zijn naamgenoot, FU Orionis, in het sterrenbeeld Orion. Het werd waargenomen in 1937, en de omvang nam toe van 16,5 tot 9,6. Astronomen dachten dat het de enige in zijn soort was, totdat anderen werden waargenomen.
FU Orionis is eigenlijk twee sterren, elk omgeven door een eigen accretieschijf. Ze zijn in Orion, ongeveer 1360 lichtjaar verwijderd. Perez en het team van onderzoekers hebben het systeem met ALMA onder de loep genomen, de eerste stap om het affakkelen van het binaire paar te begrijpen.
ALMA onthulde twee accretieschijven, één rond elke ster. De wetenschappers gebruikten observaties en modellen om te concluderen dat elk van de schijven ongeveer 11 astronomische eenheden in straal heeft, wat klein is maar vergelijkbaar met andere proto-stellaire schijven. Het paar schijven wordt gescheiden door ongeveer 250 astronomische eenheden.
De sleutel tot het begrijpen van de affakkelactiviteit in deze sterren is de beweging of kinematica van hun schijven. Toen het team de schijven bestudeerde, ontdekten ze dat ze allemaal scheef en asymmetrisch zijn. Ze denken dat dat kan worden veroorzaakt door een soort flyby door een andere ster. Het kan ook worden veroorzaakt door interacties tussen de schijven onderling. Elk van deze kan de episodische aanwas en affakkeling veroorzaken.
Het team vond ook aanwijzingen voor een lange, boogvormige gasstroom tussen de schijven. Die stroom versterkt het argument dat de schijven met elkaar in wisselwerking staan. Zoals ze in hun paper zeggen: "De emissie onthullende schijfrotatie lijkt ook asymmetrisch en scheef, wat suggereert dat de schijven onderhevig zijn aan interactie in de vorm van een flyby."
De auteurs wijzen ook op een alternatief voor de interactie tussen schijf en schijf die een ander team van onderzoekers voorstelde. "Hier leidt het vangen van een wolkje of wolkfragment ook tot boogvormige reflectienevels <de boog van gas dat de schijven verbindt.> De vangst van dit wolkfragment vult ook de schijf aan, waardoor een nieuwe toevoer van materiaal mogelijk wordt om de hoge aanwaspercentage. '
De studie beantwoordt niet voor eens en altijd de ontbrekende helderheidsvraag. Maar door ALMA te gebruiken om het FU Ori binaire paar van dichtbij te bekijken, heeft het team van wetenschappers ons begrip van episodische accretie en affakkelen verbeterd. Er zijn andere binaire paren van FU Ori-sterren, en ze zullen het doelwit zijn voor toekomstig onderzoek.
Meer:
- Persbericht: ALMA onderzoekt mogelijke interactie tussen dubbele schijven
- Onderzoekspaper: het oplossen van het FU Orionis-systeem met ALMA: interactie tussen dubbele schijven?
- Onderzoekspaper: HET LUMINOSITEITSPROBLEEM OPLOSSEN IN LOW-MASS STAR STAR FORMATION
