Ons begrip van het universum en van de Melkweg is gebouwd op een bouwwerk van individuele stukjes kennis, allemaal gerelateerd aan elkaar. Maar elk van die stukjes is maar zo nauwkeurig. Hoe nauwkeuriger we een van de stukjes kennis kunnen maken, des te nauwkeuriger is ons begrip van de hele zaak.
De leeftijd van sterren is zo'n stuk. Al jaren gebruiken astronomen een methode om de leeftijd van sterren te bepalen met een foutenmarge van 10% tot 20%. Nu heeft een team van wetenschappers van de Embry-Riddle Aeronautical University een nieuwe techniek ontwikkeld om de leeftijd van sterren te bepalen met een foutenmarge van slechts 3% tot 5%.
Huidige ster-dateringstechnieken zijn gebaseerd op het observeren van sterren in de hoofdreeks, wat een soort volwassen kap is voor sterren. De techniek kijkt naar sterren die beginnen te 'sterven', wat in dit geval betekent dat ze hun waterstof uitputten. Bovendien kunnen wetenschappers de leeftijd van een ster meestal alleen bepalen door de leeftijd te bepalen van de populatie waar ze deel van uitmaken. Ze kennen de leeftijd van sommige individuele sterren, maar meestal kennen we de leeftijd van sterrenhopen in plaats van de individuele sterren zelf.
De redenen daarvoor zijn tamelijk complex, maar onze technieken voor het daten van sterren hebben tot vreemde, vrij duidelijk onmogelijke conclusies geleid, zoals het vinden van sterrenhopen in de Melkweg die ouder zijn dan de Melkweg zelf.
De techniek die is ontwikkeld door een team van Embry-Riddle, onder leiding van professor in de natuurkunde en astronomie Dr. Ted von Hippel, is meer gebaseerd op metingen van witte dwergen dan op sterren in de hoofdreeks. Witte dwergen zijn overblijfselen van sterren die de hoofdreeks hebben verlaten nadat ze geen brandstof meer hadden. Onze eigen zon zal haar leven als een witte dwerg beëindigen.
De nieuwe techniek meet de massa, de oppervlaktetemperatuur en of de atmosfeer waterstof of helium bevat.
"... weten of er waterstof of helium aan het oppervlak is, is belangrijk omdat helium gemakkelijker warmte van de ster afgeeft dan waterstof."
Dr. Ted von Hippel, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde, Embry-Riddle University.
"De massa van de ster is belangrijk omdat objecten met een grotere massa meer energie hebben en er langer over doen om af te koelen", zegt von Hippel, directeur van Embry-Riddle's Physical Sciences Department Observatory en 1,0 meter lange Ritchey-Chretien-telescoop. “Daarom blijft een kopje koffie langer warm dan een theelepel koffie. Oppervlaktetemperatuur, zoals gebruikte kolen in een kampvuur dat is uitgegaan, biedt aanwijzingen over hoe lang geleden het vuur is gedoofd. Ten slotte is het belangrijk om te weten of er waterstof of helium aan het oppervlak is, omdat helium gemakkelijker warmte van de ster afstraalt dan waterstof. ”
De massa van een ster is nog steeds de sleutel tot het bepalen van zijn leeftijd en het is nog steeds moeilijk, vooral voor grote populaties witte dwergen. Maar dankzij de Gaia-satelliet wordt dat gemakkelijker.
De nieuwe methode van professor von Hippel maakt gebruik van de gegevens van de Gaia-missie van de European Space Agency. Gaia maakt een 3D-kaart van de Melkweg door de positionele en radiale snelheid van ongeveer 1 miljard sterren in de Melkweg en in de Lokale Groep te meten. Gaia meet sterafstanden met uiterste nauwkeurigheid, en daar profiteerde het team van von Hippel van.
Gaia was in staat om sterafstanden met grote nauwkeurigheid te meten, en von Hippel en zijn team gebruikten die nauwkeurigheid om de straal van sterren te bepalen op basis van hun helderheid. Van daaruit gebruikten ze bestaande informatie over de massa-straalverhouding van de ster om de massa te bepalen, een ontbrekend ingrediënt bij het bepalen van de leeftijd van een ster.
De laatste hand die de nieuwe techniek zijn precisie geeft, is om de metalliciteit van de ster te achterhalen. Metalliciteit verwijst naar de overvloed aan verschillende chemische elementen in de ster. Met deze informatie kunnen ze de leeftijd van de ster verfijnen.
Tijdens de recente bijeenkomst van de American Astronomical Society presenteerden leden van het team van von Hippel twee posters over hun werk. De eerste richtte zich op een binair paar sterren met één witte dwerg en één hoofdreeksster. De tweede richtte zich op een binair paar witte dwergen.
"Het volgende studieniveau zal zijn om zoveel mogelijk van de elementen in het periodiek systeem te bepalen voor de hoofdreeksster binnen deze paren."
Dr. Ted von Hippel, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde, Embry-Riddle University.
"Het volgende studieniveau zal zijn om zoveel mogelijk van de elementen in het periodiek systeem te bepalen voor de hoofdreeksster binnen deze paren", zei von Hippel. "Dat zou ons meer vertellen over de galactische chemische evolutie, gebaseerd op hoe verschillende elementen zich in de loop van de tijd hebben opgebouwd als sterren in ons sterrenstelsel, de Melkweg."
Von Hippel zegt dat de methode nog in ontwikkeling is en nog in de voorbereidende fase kan worden overwogen. Maar het belooft veel en het team hoopt dat ze uiteindelijk de leeftijden zullen leren van alle witte dwergen in de Gaia-dataset. "Dat zou onderzoekers in staat kunnen stellen ons begrip van stervorming in de Melkweg aanzienlijk te verbeteren," zei von Hippel.
Von Hippel noteerde een vergelijking tussen het vakgebied archeologie en het vakgebied astrofysica. In de archeologie gebruiken we koolstofdatering om de leeftijd van allerlei soorten objecten te bepalen: gereedschappen, structuren, fossielen, steentijdplaatsen. De eeuwen van dingen geven ons inzicht in de tijdlijn van gebeurtenissen op aarde. Hetzelfde geldt voor het universum.
"Voor de huidige astronomen hebben we geen context zonder de leeftijd van verschillende componenten van onze melkweg te kennen. We hebben technieken gehad om hemellichamen te dateren, maar niet precies. "
