Terwijl stervende sterren hun laatste ademteugen van leven nemen, ze sprenkelen zachtjes hun as in de kosmos door de prachtige planetaire nevels. deze as, verspreid via stellaire winden, zijn verrijkt met veel verschillende chemische elementen, inclusief koolstof.

Bevindingen van een studie die vandaag is gepubliceerd in Natuurastronomie laten zien dat de laatste adem van deze stervende sterren, witte dwergen genoemd, licht werpen op de oorsprong van koolstof in de Melkweg.

"De bevindingen vormen nieuwe, strenge beperkingen op hoe en wanneer koolstof werd geproduceerd door sterren van onze melkweg, eindigend in de grondstof waaruit de zon en zijn planetenstelsel 4,6 miljard jaar geleden werden gevormd, " zegt Jeffrey Cummings, een Associate Research Scientist in de Johns Hopkins University's Department of Physics &Astronomy en een auteur op het papier.

De oorsprong van koolstof, een element dat essentieel is voor het leven op aarde, in het Melkwegstelsel wordt nog steeds gedebatteerd onder astrofysici:sommigen zijn voorstander van lage-massasterren die hun koolstofrijke omhulsels door stellaire winden werden weggeblazen en witte dwergen werden, en anderen plaatsen de belangrijkste plaats van koolstofsynthese in de winden van massieve sterren die uiteindelijk als supernova's explodeerden.

Met behulp van gegevens van het Keck Observatorium nabij de top van de Mauna Kea-vulkaan op Hawaï verzameld tussen augustus en september 2018, de onderzoekers analyseerden witte dwergen die behoren tot de open sterrenhopen van de Melkweg. Open sterrenhopen zijn groepen van maximaal een paar duizend sterren die bij elkaar worden gehouden door wederzijdse aantrekkingskracht.

Uit deze analyse blijkt het onderzoeksteam heeft de massa's van de witte dwergen gemeten, en met behulp van de theorie van stellaire evolutie, berekenden ook hun massa bij de geboorte.

De verbinding tussen de geboortemassa's en de uiteindelijke witte dwergmassa's wordt de initiële-finale massarelatie genoemd, een fundamentele diagnose in de astrofysica die de volledige levenscyclus van sterren omvat. Eerder onderzoek vond altijd een toenemende lineaire relatie:hoe massiever de ster bij de geboorte, hoe massiever de witte dwerg bij zijn dood achterliet.

Maar toen Cummings en zijn collega's de aanvankelijke-eindmassarelatie berekenden, ze waren geschokt toen ze ontdekten dat de witte dwergen uit deze groep open clusters een grotere massa hadden dan astrofysici eerder dachten. Deze ontdekking, zij realiseerden zich, brak de lineaire trend die andere onderzoeken altijd vonden. Met andere woorden, sterren die ongeveer 1 miljard jaar geleden in de Melkweg werden geboren, produceerden geen witte dwergen van ongeveer 0,60-0,65 zonsmassa's, zoals algemeen werd gedacht, maar ze stierven en lieten meer massieve overblijfselen achter van ongeveer 0,7-0,75 zonsmassa's.

De onderzoekers zeggen dat deze knik in de trend verklaart hoe koolstof van lichte sterren in de Melkweg terechtkwam. In de laatste fasen van hun leven, sterren die twee keer zo zwaar waren als de zon van de Melkweg, produceerden nieuwe koolstofatomen in hun hete binnenste, transporteerde ze naar de oppervlakte en verspreidde ze uiteindelijk door zachte sterrenwinden naar de omringende interstellaire omgeving. De stellaire modellen van het onderzoeksteam geven aan dat het strippen van de koolstofrijke buitenmantel langzaam genoeg plaatsvond om de centrale kernen van deze sterren, de toekomstige witte dwergen, flink in massa groeien.

Het team berekende dat sterren minstens 1,5 zonsmassa moesten hebben om hun koolstofrijke as na de dood te verspreiden.

De bevindingen, volgens Paola Marigo, een professor in natuurkunde en sterrenkunde aan de Universiteit van Padova en de eerste auteur van de studie, helpt wetenschappers de eigenschappen van sterrenstelsels in het heelal te begrijpen. Door de theorieën van kosmologie en stellaire evolutie te combineren, de onderzoekers verwachten dat heldere koolstofrijke sterren dicht bij hun dood, zoals de voorouders van de witte dwergen die in deze studie zijn geanalyseerd, dragen momenteel bij aan het licht dat wordt uitgestraald door zeer verre sterrenstelsels. Dit licht, die de signatuur draagt ​​van nieuw geproduceerde koolstof, wordt routinematig door de grote telescopen vanuit de ruimte en de aarde verzameld om de evolutie van kosmische structuren te onderzoeken. Daarom, dit nieuwe begrip van hoe koolstof in sterren wordt gesynthetiseerd, betekent ook dat we een betrouwbaardere interpretatie van het licht uit het verre heelal moeten hebben.