Stel je voor dat je in slechts 20 seconden naar de maan reist! Zo snel snelt materiaal van een 170 jaar oude stellaire uitbarsting weg van het onstabiele, uitbarstend, en extreem massieve ster Eta Carinae.

Astronomen concluderen dat dit het snelst afgeworpen gas is dat ooit is gemeten bij een steruitbarsting die niet leidde tot de volledige vernietiging van de ster.

De ontploffing, van de meest lichtgevende ster die we in onze melkweg kennen, kwam bijna net zoveel energie vrij als een typische supernova-explosie die een stellair lijk zou hebben achtergelaten. Echter, in dit geval bleef een dubbelstersysteem over en speelde een cruciale rol in de omstandigheden die leidden tot de kolossale ontploffing.

In de afgelopen zeven jaar heeft een team van astronomen onder leiding van Nathan Smith, van de Universiteit van Arizona, en Armin Rust, van het Space Telescope Science Institute, bepaalde de omvang van deze extreme stellaire explosie door lichtecho's van Eta Carinae en zijn omgeving te observeren.

Lichtecho's treden op wanneer het licht van helder, kortstondige gebeurtenissen worden weerkaatst door stofwolken, die fungeren als verre spiegels die het licht in onze richting sturen. Als een audio-echo, het aankomende signaal van het gereflecteerde licht heeft een tijdsvertraging na de oorspronkelijke gebeurtenis vanwege de eindige lichtsnelheid. In het geval van Eta Carinae, de heldere gebeurtenis was een grote uitbarsting van de ster die halverwege de 19e eeuw een enorme hoeveelheid massa verdreef tijdens wat bekend staat als de 'Grote Eruptie'. Het vertraagde signaal van deze lichtecho's stelde astronomen in staat om het licht van de uitbarsting te decoderen met moderne astronomische telescopen en instrumenten, hoewel de oorspronkelijke uitbarsting halverwege de 19e eeuw vanaf de aarde werd gezien. Dat was een tijd voordat moderne hulpmiddelen zoals de astronomische spectrograaf werden uitgevonden.

"Een lichte echo is het op één na beste ding na tijdreizen, Smith zei. "Daarom zijn lichtecho's zo mooi. Ze geven ons de kans om de mysteries te ontrafelen van een zeldzame stellaire uitbarsting die 170 jaar geleden werd waargenomen. maar met behulp van onze moderne telescopen en camera's. We kunnen die informatie over de gebeurtenis zelf ook vergelijken met de 170 jaar oude overblijfselnevel die werd uitgeworpen. Dit was een gigantische stellaire explosie van een zeer zeldzame monsterster, iets dergelijks is sindsdien niet meer voorgekomen in ons Melkwegstelsel."

De Grote Uitbarsting promoveerde Eta Carinae tijdelijk tot de op één na helderste ster die zichtbaar is aan onze nachtelijke hemel, die de energie-output van elke andere ster in de Melkweg enorm overtreft, waarna de ster vervaagde met het blote oog. De uitbarsting stootte materiaal uit (ongeveer 10 keer meer dan de massa van onze zon) dat ook de helder gloeiende gaswolk vormde die bekend staat als de Homunculus. Dit haltervormige overblijfsel is zichtbaar rondom de ster vanuit een enorm stervormingsgebied. Het uitbarstende overblijfsel is zelfs te zien in kleine amateurtelescopen van het zuidelijk halfrond en de equatoriale gebieden van de aarde, maar is het best te zien op afbeeldingen die zijn gemaakt met de Hubble-ruimtetelescoop.

Het team gebruikte instrumenten op de 8-meter Gemini South-telescoop, Cerro Tololo Inter-American Observatory 4-meter Blanco-telescoop, en de Magellan Telescope in het Las Campanas Observatorium om het licht van deze lichtecho's te decoderen en de expansiesnelheden van de historische explosie te begrijpen. "Gemini-spectroscopie hielp de ongekende snelheden vast te stellen die we in dit gas hebben waargenomen, die binnenkwam tussen ongeveer 10, 000 tot 20, 000 kilometer per seconde, " volgens Rest. Het onderzoeksteam, Gemini Observatorium, en Blanco-telescoop worden allemaal ondersteund door de Amerikaanse National Science Foundation (NSF).

"We zien deze echt hoge snelheden de hele tijd in supernova-explosies waarbij de ster wordt uitgewist." Smit merkt op. Echter, in dit geval heeft de ster het overleefd, en uit te leggen dat dit de onderzoekers naar nieuw terrein leidde. "Er moet in korte tijd veel energie in de ster zijn gedumpt, " zei Smith. Het materiaal dat door Eta Carinae wordt uitgestoten, reist tot 20 keer sneller dan verwacht voor typische winden van een massieve ster, dus, volgens Smith en zijn medewerkers, de hulp inroepen van twee partnersterren zou de extreme uitstroom kunnen verklaren.

De onderzoekers suggereren dat de meest eenvoudige manier om tegelijkertijd een breed scala aan waargenomen feiten rond de uitbarsting en het overblijfsel van het huidige sterrenstelsel te verklaren, is met een interactie van drie sterren, inclusief een dramatische gebeurtenis waarbij twee van de drie sterren samensmolten tot één monsterster. Als dat het geval is, dan moet het huidige binaire systeem zijn begonnen als drievoudig systeem, met een van die twee sterren die zijn broer of zus heeft ingeslikt.

"Het begrijpen van de dynamiek en de omgeving rond de grootste sterren in onze melkweg is een van de moeilijkste gebieden van de astronomie, " zei Richard Groen, Directeur van de afdeling Astronomische Wetenschappen van NSF, de belangrijkste financieringsmaatschappij voor Gemini. "Zeer massieve sterren leven een kort leven in vergelijking met sterren zoals onze zon, maar desalniettemin is het statistisch onwaarschijnlijk dat iemand wordt betrapt op een belangrijke evolutionaire stap. Daarom is een zaak als Eta Carinae zo kritiek, en waarom NSF dit soort onderzoek ondersteunt."

Chris Smit, Head of Mission bij het AURA Observatorium in Chili en ook een deel van het onderzoeksteam voegt een historisch perspectief toe. "Ik ben opgewonden dat we lichtecho's kunnen zien komen van een gebeurtenis die John Herschel in het midden van de 19e eeuw vanuit Zuid-Afrika heeft waargenomen, "zei hij. "Nu, meer dan 150 jaar later kunnen we terugkijken in de tijd, dankzij deze lichte echo's, en onthul de geheimen van deze supernova-wannabe met behulp van de moderne instrumenten op Gemini om het licht te analyseren op manieren die Hershel zich niet eens had kunnen voorstellen!"

Eta Carinae is een onstabiel type ster dat bekend staat als een lichtgevende blauwe variabele (LBV), gelegen op ongeveer 7, 500 lichtjaar van de aarde in een jonge stervormende nevel in het zuidelijke sterrenbeeld Carinae. De ster is een van de intrinsiek helderste in onze melkweg en schijnt zo'n vijf miljoen keer helderder dan onze zon met een massa die ongeveer honderd keer groter is. Sterren zoals Eta Carinae hebben de grootste massaverliessnelheden voordat ze supernova-explosies ondergaan, maar de hoeveelheid massa die is verdreven in de 19e-eeuwse Grote Eruptie van Eta Carinae overtreft alle andere die bekend zijn.

Eta Carinae zal waarschijnlijk binnen maximaal een half miljoen jaar een echte supernova-explosie ondergaan, maar mogelijk veel eerder. Sommige soorten supernova's hebben in slechts enkele jaren of decennia voor hun laatste explosie eruptieve ontploffingen zoals die van Eta Carinae meegemaakt, dus sommige astronomen speculeren dat Eta Carinae eerder vroeger dan later zou kunnen ontploffen.

De Gemini-waarnemingen maakten gebruik van de Gemini Multi-Object Spectrograph op de Gemini South-telescoop in Chili en maakten gebruik van een krachtige techniek genaamd Nod and Shuffle, die sterk verbeterde spectroscopische metingen van extreem zwakke bronnen mogelijk maakt door de vervuilende effecten van de nachtelijke hemel te verminderen. De nieuwe resultaten worden gepresenteerd in twee artikelen die zijn geaccepteerd voor publicatie in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .