Herbergen sterrenhopen vele generaties sterren of slechts één? Wetenschappers hebben lang naar een antwoord gezocht en, dankzij de MMT-telescoop van de Universiteit van Arizona, vond er een in de Wilde Eendencluster, waar sterren met verschillende snelheden draaien, hun gemeenschappelijke leeftijd verhullen.

In een samenwerking tussen de UA en het Korean Astronomy and Space Science Institute, een team van Koreaanse en Belgische astronomen gebruikte UA-instrumenten om een ​​puzzel op te lossen over zwermen sterren die open sterrenhopen worden genoemd.

Astronomen hebben lang geloofd dat veel open sterrenhopen uit een enkele generatie sterren bestaan, want als er eenmaal sterren zijn gevormd, hun straling blaast nabijgelegen materiaal weg dat nodig is om nieuwe sterren te maken. Maar in de Wilde Eendencluster – door wetenschappers bekend als Messier 11, of M11 – sterren met dezelfde helderheid verschijnen in verschillende kleuren, wat suggereert dat ze van verschillende leeftijden zijn. Tenzij wetenschappers belangrijke aanwijzingen over de evolutie van sterren hadden gemist, er moest een andere verklaring zijn voor de verspreiding van kleuren in deze opeenstapeling van ongeveer 2, 900 sterren.

"Astronomen werken al tientallen jaren aan deze vraag, " zei Serena Kim, een associate astronoom bij de UA's Steward Observatory. "Vorm zich clusters in één generatie of meerdere generaties? Onze studie beantwoordde deze vraag voor de Wild Duck Cluster."

Beomdu Lim van de Kyung Hee University leidde een internationaal team van astronomen die de MMT-telescoop – gezamenlijk beheerd door de UA en het Smithsonian Astrophysical Observatory – gebruikten om de cluster te bestuderen. Het team ontdekte dat het niet de leeftijd van de sterren is die ervoor zorgt dat ze in een spreiding van kleuren verschijnen:het is hun rotatie.

Open sterrenhopen bevatten duizenden sterren waarvan astronomen veronderstellen dat ze zijn gevormd uit dezelfde gigantische gaswolken. Deze sterren zijn er in alle maten, van korte duur, gigantische blauwe sterren tientallen keren massiever dan onze zon, tot langlevende dwergen met een lage massa die 10 miljard jaar of langer zullen branden. De helderheid en kleur van elke ster verandert naarmate hij ouder wordt, waardoor wetenschappers de leeftijd kunnen bepalen.

"Als een ster ouder en ouder wordt, het wordt helderder en wordt roder, ' zei Lim.

Astronomen plotten de helderheid en kleur van jonge sterren in een diagonale lijn – van heldere, blauw en massief aan de bovenkant van de lijn, tot flauwvallen, rood en minder massief aan de onderkant - de hoofdreeks genoemd.

Het keerpunt - het punt waarop een ster ouder wordt en van de hoofdreeks afwijkt - wordt gebruikt om de leeftijd van clusters te bepalen op basis van de bekende levensverwachting van elke ster. Als de sterren de hoofdreeks op hetzelfde punt verlaten, zoals auto's op een snelweg die dezelfde afslag nemen, dan zijn de sterren van de cluster allemaal even oud.

In de Wilde Eendencluster, echter, de sterren wijken op verschillende punten van de diagonaal af, zoals auto's die verschillende afritten langs een snelweg nemen.

"Dit lijkt niet intuïtief, aangezien men denkt dat de sterren in een open sterrenhoop als M11 tot dezelfde generatie behoren, ' zei Kim.

Lim en zijn team gingen op zoek naar de mogelijke verklaring van dit patroon.

Ze draaiden de MMT-telescoop naar de cluster om het kleurenspectrum van de sterren te onderzoeken met behulp van een Hectochelle. Het instrument werkt als een prisma en verspreidt sterrenlicht in zijn componenten, die astronomen een spectrum noemen. De spectra zijn als streepjescodes, waarbij elke lijn een andere chemische stof in de samenstelling van de ster identificeert.

Hectochelle kan gedetailleerde spectra van vele sterren tegelijk vastleggen, waardoor het een ideaal instrument is om clusters zoals de wilde eend te observeren, die uit duizenden sterren bestaat.

Zoals een ster draait, de ene kant ervan beweegt naar de aarde en de andere kant beweegt weg. De helft van de ster die naar de aarde draait, straalt licht uit met golflengten die er geplet uitzien, waardoor het licht er blauwer uitziet dan het zou zijn als de ster niet zou bewegen. De helft van de ster die van de aarde wegdraait, zorgt ervoor dat de golflengten er uitgerekt uitzien, waardoor het licht roder lijkt. Dit samenknijpen en uitrekken zorgt ervoor dat spectraallijnen zich over een reeks golflengten verspreiden, in plaats van er maar één te spijkeren.

De sterren in de Wilde Eendencluster, het blijkt, zijn verspreid in het kleurenspectrum, niet vanwege verschillende leeftijden, maar vanwege verschillende rotatieperioden.

"De effecten van rotatie op de evolutie van sterren werden in het verleden vaak verwaarloosd, " zei Yaël Nazé, een astronoom aan de Universiteit van Luik in België en co-auteur van het artikel.

De spectra onthulden ook dat de sterren met verschillende snelheden ronddraaien. Lim en zijn team voerden computersimulaties uit om erachter te komen hoe snel elke ster ronddraait.

"Een snel roterende ster kan langer in het hoofdreeksstadium blijven dan een langzaam roterende ster, Lim zei. "Een breed scala aan snelheden van sterren resulteert in verschillen in levensduur tussen de sterren."

Rotatiesnelheid is als een fontein van jeugd voor een ster:hoe sneller hij draait, hoe beter het waterstof - de brandstof van de ster - in zijn kern mengt. Hoe meer waterstof de kern ontvangt, hoe langer de ster leeft, waardoor het roder lijkt dan jongere broers en zussen.

Sterren in de cluster verschijnen in verschillende kleuren omdat de wolk waarin ze zijn geboren, ze in beweging heeft gebracht, waardoor de levensduur van sommigen van hen zou worden verlengd.

Hoewel het geen deel uitmaakt van het onderzoek naar de Wild Duck Cluster, Kim heeft in het verleden met Lim samengewerkt om andere sterrenhopen te bestuderen en mysteries van stervorming te ontdekken. Hun samenwerkingen maken deel uit van een groeiend partnerschap tussen de UA en het Korean Astronomy and Space Science Institute.