Wegloopsterren kunnen het heelal ver buiten hun thuissterrenstelsels beïnvloeden

Tientallen voortvluchtige sterren werden betrapt terwijl ze een dichtbevolkte sterrencluster ontvluchtten in een satellietsterrenstelsel van de Melkweg. De zwerm snelle sterren kan betekenen dat dergelijke voortvluchtigen een grotere invloed hadden op de kosmische evolutie dan eerder gedacht, astronomen melden 9 oktober in Nature.

Massieve sterren worden geboren in jonge clusters, zo dicht op elkaar gepakt dat ze elkaar uit positie kunnen duwen. Soms kunnen ontmoetingen tussen paren van massieve sterren of naburige supernova-explosies een ster zo snel uit de cluster laten schieten dat deze zijn geluk elders in de melkweg en verderop gaat zoeken.

Astronoom Mitchel Stoop en zijn collega's zochten naar voortvluchtige sterren rond een enorme cluster van massieve sterren genaamd Radcliffe 136 door gegevens van de Gaia-ruimtesonde te gebruiken over de snelheden en posities van miljarden sterren (SN: 6/13/22). R136 bevindt zich ongeveer 170.000 lichtjaar van de aarde in de Grote Magelhaense Wolk, een dwergsterrenstelsel dat om de Melkweg heen draait.

De cluster "is een iconisch object," zegt astrofysicus Sally Oey van de Universiteit van Michigan in Ann Arbor, die niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek. Het zicht vanuit de buurt van de aarde is zo helder, "we kunnen dingen echt van dichtbij bekijken en persoonlijk."

Eerdere studies hadden een paar sterren gevonden die de cluster ontvluchtten (SN: 5/7/10). Maar in een bredere zoektocht vond Stoop een verbazingwekkende 55 sterren die de afgelopen 3 miljoen jaar met snelheden van meer dan ongeveer 100.000 kilometer per uur waren gevlucht.

"Dat is een ongelooflijk aantal om over na te denken," zegt Stoop. De observatie suggereert dat mogelijk een derde van de helderste, meest massieve sterren die in de cluster zijn geboren, het ouderlijk huis heeft verlaten.

Dat betekent dat voortvluchtige sterren een ondergewaardeerde kracht kunnen zijn in het heelal. Deze massieve sterren, die ongeveer vijf tot 140 keer zo groot zijn als de zon, stralen ultraviolette straling en supersonische stellaire winden uit die het gas en stof om hen heen kunnen vormgeven (SN: 7/11/22). Aan het einde van hun leven exploderen de zware sterren als supernova's, waarbij ze zware elementen door de melkweg verspreiden (SN: 7/7/21).

"Voorheen verwachtten we misschien dat er een handvol voortvluchtigen zouden zijn," zegt Stoop. Maar vanwege hun veronderstelde lage aantallen zouden ze worden uitgesloten van studies en simulaties. Als in plaats daarvan elke cluster ongeveer een derde van zijn sterren verliest aan de omringende melkweg, of zelfs de ruimte tussen sterrenstelsels, "kunnen ze misschien een belangrijke bijdrage leveren aan het dumpen van al deze ultraviolette fotonen in het intergalactische medium."

Dergelijke voortvluchtigen kunnen ook een diepgaande invloed hebben gehad op de evolutie van het vroege heelal. In de paar honderd miljoen jaar na de oerknal, meer dan 13 miljard jaar geleden, ontnam een bron van ultraviolette straling elektronen aan een algemene nevel van waterstofatomen, een fenomeen dat reïonisatie wordt genoemd (SN: 11/7/19).

Astronomen denken dat de meeste fotonen, of deeltjes van licht, die de kosmische nevel hebben opgeheven afkomstig waren uit dwergsterrenstelsels (SN: 2/6/17). Maar simulaties hebben gevonden dat slechts een fractie van de benodigde fotonen kan ontsnappen uit de omgeving van die sterrenstelsels. Voortvluchtige sterren zouden kunnen helpen dit verschil te verklaren, zegt Stoop.

"Misschien gebeurde dit ook in [vroege heelal] sterrenstelsels, tijdens de periode van reïonisatie," zegt hij.

Oey zegt: "Er is geen twijfel dat voortvluchtige sterren echt belangrijk zijn geweest en ondergewaardeerd zijn geweest." Maar, zegt ze, er zijn andere manieren om ioniserende straling uit sterrenstelsels te krijgen, en het is niet duidelijk hoeveel verschil het zou maken om voortvluchtige sterren op te nemen.

De timing van de ontsnapping van de sterren uit R136 kan ook een spaak in het wiel steken van de bredere relevantie van voortvluchtige sterren voor reïonisatie.

Verrassend genoeg migreerden de sterren niet allemaal in één golf. De wetenschappers weten dit omdat ze de snelheden en afstanden van de sterren hebben en kunnen berekenen wanneer ze begonnen met hun ontsnapping. De meeste voortvluchtigen verlieten R136 in alle richtingen ongeveer 1,8 miljoen jaar geleden, toen de cluster werd gevormd. Dat is wat je zou verwachten als ze werden weggestuurd door ontmoetingen met andere massieve sterren.

Maar 16 van de voortvluchtigen verlieten de cluster meer recent, slechts ongeveer 200.000 jaar geleden. En ze waren allemaal op weg in dezelfde richting. Stoop en zijn collega's denken dat de ontsnapping van die sterren mogelijk is getriggerd door een samensmelting met een andere cluster.

"Dat lijkt op een vrij unieke gebeurtenis," zegt astrofysicus Kaitlin Kratter van de Universiteit van Arizona in Tucson. Als de dubbele uitwijzing van R136 ongebruikelijk is, kan het moeilijk zijn om te extrapoleren hoeveel sterren andere clusters verliezen aan hun kosmische omgeving. Het vinden van bewijs van vergelijkbare golven in andere clusters zou helpen bij de beantwoording van de vraag.