Astronomen die waarnemingen van NASA's Kepler- en Swift-missies hebben gebruikt, hebben een reeks snel draaiende sterren ontdekt die röntgenstralen produceren met meer dan 100 keer de piekniveaus die ooit door de zon zijn waargenomen. De sterren, die zo snel ronddraaien dat ze in pompoenachtige vormen zijn geplet, worden verondersteld het resultaat te zijn van nabije binaire systemen waar twee zonachtige sterren samensmelten.

"Deze 18 sterren draaien gemiddeld in slechts een paar dagen, terwijl de zon er bijna een maand over doet, " zei Steve Howell, een senior onderzoeker bij NASA's Ames Research Center in Moffett Field, Californië, en leider van het team. "De snelle rotatie versterkt dezelfde soort activiteit die we op de zon zien, zoals zonnevlekken en zonnevlammen, en stuurt het in wezen in overdrive."

Het meest extreme lid van de groep, een oranje reus van het K-type genaamd KSw 71, is meer dan 10 keer groter dan de zon, draait in slechts 5,5 dagen, en produceert röntgenstraling 4, 000 keer groter dan de zon op het zonnemaximum.

Deze zeldzame sterren werden gevonden als onderdeel van een röntgenonderzoek van het oorspronkelijke Kepler-gezichtsveld, een stukje lucht dat delen van de sterrenbeelden Cygnus en Lyra omvat. Van mei 2009 tot mei 2013 Kepler mat de helderheid van meer dan 150, 000 sterren in dit gebied om het regelmatige dimmen te detecteren van planeten die voor hun gastheersterren passeren. De missie was enorm succesvol, verrekening van meer dan 2, 300 bevestigde exoplaneten en bijna 5, 000 kandidaten tot nu toe. Een voortdurende uitgebreide missie, genaamd K2, zet dit werk voort in gebieden van de hemel langs de ecliptica, het vlak van de baan van de aarde rond de zon.

"Een bijkomend voordeel van de Kepler-missie is dat het aanvankelijke gezichtsveld nu een van de best bestudeerde delen van de lucht is, " zei teamlid Padi Boyd, een onderzoeker bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, die de Swift-enquête heeft ontworpen. Bijvoorbeeld, het hele gebied werd waargenomen in infrarood licht door NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer, en NASA's Galaxy Evolution Explorer observeerde veel delen ervan in het ultraviolet. "Onze groep was op zoek naar variabele röntgenbronnen met optische tegenhangers gezien door Kepler, vooral actieve sterrenstelsels, waar een centraal zwart gat de emissies aandrijft, " ze legde uit.

Met behulp van de röntgen- en ultraviolet/optische telescopen aan boord van Swift, de onderzoekers voerden de Kepler-Swift Active Galaxies and Stars Survey (KSwAGS) uit, beeldvorming van ongeveer zes vierkante graden, of 12 keer de schijnbare grootte van een volle maan, in het Kepler-veld.

"Met KSwAGS hebben we 93 nieuwe röntgenbronnen gevonden, over een gelijkmatige verdeling tussen actieve sterrenstelsels en verschillende soorten röntgensterren, " zei teamlid Krista Lynne Smith, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Maryland, College Park die de analyse van Swift-gegevens leidde. "Veel van deze bronnen zijn nog nooit eerder waargenomen in röntgenstralen of ultraviolet licht."

Voor de helderste bronnen, het team verkreeg spectra met behulp van de 200-inch telescoop van het Palomar Observatory in Californië. Deze spectra bieden gedetailleerde chemische portretten van de sterren en tonen duidelijk bewijs van verhoogde stellaire activiteit, bijzonder sterke diagnostische lijnen van calcium en waterstof.

De onderzoekers gebruikten Kepler-metingen om de rotatieperiodes en -groottes voor 10 van de sterren te bepalen, die variëren van 2,9 tot 10,5 keer groter dan de zon. Hun oppervlaktetemperaturen variëren van iets heter tot iets koeler dan de zon, meestal verspreid over spectraaltypes F tot en met K. Astronomen classificeren de sterren als subreuzen en reuzen, die meer geavanceerde evolutionaire fasen zijn dan die van de zon, veroorzaakt door een grotere uitputting van hun primaire brandstofbron, waterstof. Ze zullen uiteindelijk allemaal veel grotere rode reuzensterren worden.

Een paper waarin de bevindingen worden beschreven, zal worden gepubliceerd in de editie van 1 november van de Astrofysisch tijdschrift en staat nu online.

Veertig jaar geleden, Ronald Webbink aan de Universiteit van Illinois, Urbana-Champaign merkte op dat nabije binaire systemen niet kunnen overleven als de brandstofvoorraad van één ster afneemt en deze begint te vergroten. De sterren smelten samen en vormen een enkele snel draaiende ster die aanvankelijk in een zogenaamde "uitscheidingsschijf" verbleef, gevormd door gas dat tijdens de fusie werd weggeslingerd. De schijf verdwijnt in de komende 100 miljoen jaar, een zeer actieve, snel draaiende ster.

Howell en zijn collega's suggereren dat hun 18 KSwAGS-sterren gevormd door dit scenario en pas onlangs hun schijven hebben verdreven. Het identificeren van zoveel sterren die door zo'n kosmisch korte ontwikkelingsfase gaan, is een echte zegen voor sterrenastronomen.

"Het model van Webbink suggereert dat we ongeveer 160 van deze sterren in het hele Kepler-veld zouden moeten vinden, " zei co-auteur Elena Mason, een onderzoeker aan het Italiaanse Nationale Instituut voor Astrofysica Astronomisch Observatorium van Triëst. "Wat we hebben gevonden, is in overeenstemming met de theoretische verwachtingen als we rekening houden met het kleine deel van het veld dat we met Swift hebben waargenomen."

Het team heeft hun Swift-waarnemingen al uitgebreid naar extra velden die door de K2-missie in kaart zijn gebracht.

Ames beheert de Kepler- en K2-missies voor NASA's Science Mission Directorate. NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, beheerde de missie van Kepler. Ball Aerospace &Technologies Corp. bedient het vluchtsysteem met ondersteuning van het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica aan de Universiteit van Colorado in Boulder.

Goddard beheert de Swift-missie in samenwerking met de Pennsylvania State University in University Park, het Los Alamos National Laboratory in New Mexico en Orbital Sciences Corp. in Dulles, Virginia. Andere partners zijn de University of Leicester en Mullard Space Science Laboratory in het Verenigd Koninkrijk, Brera Observatorium en het Italiaanse ruimteagentschap in Italië, met extra medewerkers in Duitsland en Japan.