Een internationaal team van astronomen heeft een 'verbazingwekkende' overvloed aan massieve sterren in een naburig sterrenstelsel onthuld.

De vondst, gemaakt in het gigantische stervormingsgebied 30 Doradus in de Grote Magelhaense Wolk, heeft 'vergaande' gevolgen voor ons begrip van hoe sterren het ongerepte heelal hebben getransformeerd tot het universum waarin we nu leven.

De resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

Hoofdauteur Fabian Schneider, een Hintze Research Fellow aan de Universiteit van Oxford's Department of Physics, zei:'We waren verbaasd toen we ons realiseerden dat 30 Doradus veel meer massieve sterren heeft gevormd dan verwacht.'

Als onderdeel van de VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS), het team gebruikte ESO's Very Large Telescope om bijna 1 te observeren 000 massieve sterren in 30 Doradus, een gigantische stellaire kraamkamer ook bekend als de Tarantula-nevel. Het team gebruikte gedetailleerde analyses van ongeveer 250 sterren met massa's tussen 15 en 200 keer de massa van onze zon om de verdeling te bepalen van massieve sterren geboren in 30 Doradus - de zogenaamde initiële massafunctie (IMF).

Massieve sterren zijn vooral belangrijk voor astronomen vanwege hun enorme invloed op hun omgeving (bekend als hun 'feedback'). Ze kunnen aan het einde van hun leven exploderen in spectaculaire supernova's, vormen enkele van de meest exotische objecten in het heelal - neutronensterren en zwarte gaten.

Co-auteur Hugues Sana van de Universiteit van Leuven in België zei:'We zijn niet alleen verrast door het enorme aantal massieve sterren, maar ook dat hun IMF dicht bemonsterd is tot 200 zonsmassa's.' Tot voor kort, het bestaan ​​van sterren tot 200 zonsmassa's was zeer omstreden, en de studie toont aan dat een maximale geboortemassa van sterren van 200-300 zonsmassa's waarschijnlijk lijkt.

In de meeste delen van het heelal die tot nu toe door astronomen zijn bestudeerd, sterren worden zeldzamer naarmate ze zwaarder zijn. Het IMF voorspelt dat de meeste stellaire massa zich in sterren met een lage massa bevindt en dat minder dan 1% van alle sterren wordt geboren met een massa van meer dan tien keer die van de zon. Het meten van het aandeel massieve sterren is buitengewoon moeilijk - vooral vanwege hun schaarste - en er zijn maar een handvol plaatsen in het lokale heelal waar dit kan worden gedaan.

Het team wendde zich tot 30 Doradus, het grootste lokale stervormingsgebied, die enkele van de meest massieve sterren herbergt die ooit zijn gevonden, en bepaalden de massa's van massieve sterren met unieke waarnemingen, theoretische en statistische instrumenten. Dankzij deze grote steekproef konden de wetenschappers het meest nauwkeurige hoge-massasegment van het IMF tot nu toe afleiden, en om aan te tonen dat massieve sterren veel overvloediger zijn dan eerder werd gedacht. Chris Evans van het UK Astronomy Technology Centre van de Science and Technology Facilities Council, de hoofdonderzoeker van VFTS en een co-auteur van de studie, zei:'In feite, onze resultaten suggereren dat het grootste deel van de stellaire massa eigenlijk niet langer in lichte sterren zit, maar een aanzienlijk deel zit in zware sterren.'

Sterren zijn kosmische motoren en hebben de meeste chemische elementen voortgebracht die zwaarder zijn dan helium, van de zuurstof die we elke dag inademen tot het ijzer in ons bloed. Tijdens hun leven, massieve sterren produceren grote hoeveelheden ioniserende straling en kinetische energie door sterke stellaire winden. De ioniserende straling van massieve sterren was cruciaal voor het opnieuw ophelderen van het heelal na de zogenaamde donkere middeleeuwen, en hun mechanische feedback drijft de evolutie van sterrenstelsels aan. Philipp Podsiadlowski, een co-auteur van de studie van de Universiteit van Oxford, zei:'Om al deze feedbackmechanismen kwantitatief te begrijpen, en vandaar de rol van massieve sterren in het heelal, we moeten weten hoeveel van deze kolossen er zijn geboren.'

Fabian Schneider voegde toe:'Onze resultaten hebben verstrekkende gevolgen voor het begrip van onze kosmos:er kunnen 70% meer supernova's zijn, een verdrievoudiging van de chemische opbrengsten en richting vier keer de ioniserende straling van massieve sterpopulaties. Ook, de vormingssnelheid van zwarte gaten kan met 180% worden verhoogd, direct vertaald in een overeenkomstige toename van binaire samensmeltingen van zwarte gaten die recentelijk zijn gedetecteerd via hun zwaartekrachtgolfsignalen.'

Het onderzoek van het team laat veel open vragen, die ze in de toekomst willen onderzoeken:hoe universeel zijn de bevindingen, en wat zijn de gevolgen hiervan voor de evolutie van onze kosmos en het optreden van supernova's en zwaartekrachtsgolven?