Astronomische Anomalie: Het ontcijferen van het mysterie van blauwe superreuzensterren

Kunstzinnige afbeelding van een binaire systeem van een rode reuzenster en een jongere metgezel die kunnen samensmelten om een blauwe superreus te produceren. Credit: Casey Reed, NASA

B-type blauwe superreuzen zijn zeer lichtgevende, massieve sterren die traditionele verwachtingen tarten door frequent te verschijnen ondanks hun theoretisch korte evolutionaire fase. Recente onderzoeken bieden nieuwe inzichten, waaruit blijkt dat veel blauwe superreuzen waarschijnlijk ontstaan uit de fusie van massieve binaire systemen. Deze fusies verklaren de aanwezigheid van de sterren in de ‘evolutionaire kloof’ en hun unieke oppervlakte-eigenschappen, wat wijst op een belangrijke herziening in het begrip van hun levenscyclus en impact op de formatie van sterrenstelsels.

B-type blauwe superreuzen zijn uitzonderlijk lichtgevende en hete sterren, met lichtkrachten die minstens 10.000 keer die van de Zon zijn en temperaturen die 2 tot 5 keer hoger liggen. Met massa's die variëren van 16 tot 40 keer die van de Zon, wordt aangenomen dat deze sterren bestaan tijdens een korte en snelle fase van stellaire evolutie, waardoor ze theoretisch zeldzaam zijn. Dus, waarom observeren we zo velen van hen?

Een belangrijke aanwijzing voor hun oorsprong ligt in het feit dat de meeste blauwe superreuzen worden waargenomen als enkelvoudig, dat wil zeggen, ze hebben geen detecteerbare zwaartekrachtgebonden metgezel. Echter, wordt waargenomen dat de meeste jonge massieve sterren geboren worden in binaire systemen met metgezellen. Waarom zijn blauwe superreuzen alleen? Het antwoord: massieve binaire stellaire systemen ‘fuseren’ en produceren blauwe superreuzen.

In een baanbrekende studie geleid door IAC-onderzoekster Athira Menon, simuleerde een internationaal team van computationele en observationele astrofysici gedetailleerde modellen van stellaire fusies en analyseerde een steekproef van 59 vroege B-type blauwe superreuzen in de Grote Magelhaense Wolk, een satellietstelsel van de Melkweg.

“We hebben de fusies van geëvolueerde reuzensterren met hun kleinere stellaire metgezellen gesimuleerd over een breed scala van parameters, waarbij de interactie en vermenging van de twee sterren tijdens de fusie in aanmerking werden genomen. De pasgeboren sterren leven als blauwe superreuzen gedurende de op twee na langste fase van het leven van een ster, wanneer deze helium verbrandt in zijn kern,” legt Menon uit.

Volgens Artemio Herrero, IAC-onderzoeker en mede-auteur van het artikel, “verklaren de verkregen resultaten waarom blauwe superreuzen worden gevonden in de zogenaamde ‘evolutionaire kloof’ van de klassieke stellaire fysica, een fase van hun evolutie waarin we geen sterren zouden verwachten.”

Kunnen dergelijke fusies ook de gemeten eigenschappen van blauwe superreuzen verklaren? “Opmerkelijk genoeg vonden we dat sterren die zijn geboren uit dergelijke fusies meer succes hebben bij het reproduceren van de oppervlaktesamenstelling, met name de stikstof- en heliumverhoging, van een groot deel van de steekproef dan conventionele stellaire modellen. Dit geeft aan dat fusies mogelijk het dominante kanaal zijn om blauwe superreuzen te produceren,” zegt Danny Lennon, een IAC-onderzoeker die ook deelnam aan de studie.

Deze studie zet een grote stap naar het oplossen van een oud probleem over hoe blauwe superreuzen ontstaan en wijst op de belangrijke rol van stellaire fusies in de morfologie van sterrenstelsels en hun stellaire populaties. Het volgende deel van de studie zal proberen te verkennen hoe deze blauwe superreuzen exploderen en bijdragen aan het landschap van zwart gat-neutronensterren.