Vier jaar geleden, verschillende rode reuzensterren werden ontdekt om een ​​paradox te vormen:hoewel ze zijn opgebouwd uit heel oud stellair materiaal, hun grote massa's wijzen op een duidelijk jongere leeftijd. Wetenschappers van het Max Planck Institute for Solar System Research (Duitsland), Universiteit van Aarhus (Denemarken), en de Ohio State University (VS) hebben nu de schijnbare tegenstrijdigheid opgelost. Voor de eerste keer, ze onderzochten de overvloed aan koolstof, stikstof, en zuurstof wervelde van de kernen van deze sterren naar hun oppervlak. Dit zorgt voor een indirecte kijk op processen diep van binnen. Verschillende van de onderzochte rode reuzen moeten tijdens een vergevorderd stadium van stellaire evolutie met andere zijn samengesmolten, concluderen de onderzoekers. In deze gevallen, massa is geen geschikt criterium voor leeftijdsbepaling; de sterren zijn inderdaad oud.

Hoofdreeks ster, rode reus, witte dwerg - in de loop van hun levensduur die miljoenen of zelfs miljarden jaren beslaat, sterren doorlopen verschillende stadia van stellaire evolutie - die allemaal sterk verschillen in uiterlijk. Nog, sterren onthullen hun leeftijd niet gemakkelijk, althans niet op het eerste gezicht. De duur van elke fase verschilt te sterk van ster tot ster. Met diepere blik, echter, onderzoekers kunnen het levensverhaal van de ster reconstrueren. Verschillende methoden maken het nu mogelijk om de leeftijd van een ster betrouwbaar te bepalen.

Maar er zijn lastige gevallen:vier jaar geleden, twee groepen onderzoekers onder leiding van het Leibniz Institute for Astrophysics en het Max Planck Institute for Astronomy ontdekten verwarrende rode reuzensterren. De resultaten van verschillende leeftijdsmetingen liepen maar liefst vier miljard jaar uiteen. "De sterren leken oud en jong tegelijk, " Dr. Saskia Hekker van MPS en de Universiteit van Aarhus in Denemarken, die destijds deel uitmaakte van beide ontdekkingsteams en nu de eerste auteur is van de nieuwe studie, herinnert zich. "Deze schijnbare paradox heeft me sindsdien geïntrigeerd, " voegt ze eraan toe. Samen met haar collega Dr. Jennifer A. Johnson van de Ohio State University, ze heeft nu het mysterie van enkele van deze sterren opgelost. Beide onderzoekers zijn ervan overtuigd dat de vreemde sterren slechts jeugdigheid veinzen.

Het bouwmateriaal van de rode reuzen wijst op een ouderdom van meer dan 10 miljard jaar. De sterren bevatten relatief weinig ijzer, een element dat in de loop van de galactische evolutie slechts langzaam werd geproduceerd. Oude sterren bevatten daarom weinig ijzer in vergelijking met andere stoffen zoals magnesium, silicium, en calcium, terwijl jonge sterren meer bevatten. Om de verhoudingen van deze elementen te bepalen, splitsten wetenschappers het licht van de respectievelijke ster in zijn individuele golflengten. In dit zogenaamde spectrum elk element dat in de ster wordt gevonden, laat een karakteristieke vingerafdruk achter. Een andere methode voor leeftijdsbepaling kijkt naar de oscillaties van een ster. Met methoden van asteroseismologie is het mogelijk om vervolgens de massa van de ster af te leiden.

Omdat in zware sterren bijzonder hoge temperaturen heersen, hun brandstof verbrandt relatief snel. Zware sterren hebben daarom een ​​veel kortere levensverwachting dan lichte sterren. De rode reuzen in kwestie bleken echte zwaargewichten. De asteroseismische methode levert dus leeftijden op van minder dan 6 miljard jaar.

Het nieuwe onderzoek lost deze tegenstrijdigheid nu op. De onderzoekers konden aantonen dat een deel van de sterren terugkijkt op een zeer bewogen verleden. "Sommige van de mysterieuze sterren moeten tijdens of na hun transformatie in rode reuzen met andere zijn versmolten, Dr. Saskia Hekker vat de resultaten samen. "Hun grote massa is geen originele eigenschap en daarom niet geschikt voor leeftijdsbepaling, " voegt ze eraan toe. "De sterren zijn inderdaad oud."

Sleutel tot deze resultaten waren de hoeveelheden koolstof, stikstof, en zuurstof aan het oppervlak van de sterren. Deze elementen zorgen voor een indirecte blik in het stellaire interieur. Wanneer zogenaamde hoofdreekssterren, d.w.z. die in hetzelfde ontwikkelingsstadium als de zon, veranderen in rode reuzen tegen het einde van hun leven, hun innerlijke werking verandert:koolstof, stikstof, en zuurstof, die in de kern worden gevormd, kunnen in enorme plasmastromen naar de oppervlakte worden gebaggerd en vervolgens worden gedetecteerd. Afhankelijk van hoe heet - en dus massief - de ster in kwestie is, de elementen zijn te vinden in verschillende verhoudingen.

In sommige van hun metingen, de onderzoekers vonden waarden die typisch zijn voor sterren met een lage massa. "Voordat ze rode reuzen werden, deze sterren moeten relatief licht zijn geweest, " concludeert Dr. Jennifer Johnson van de Ohio State University. "Hun huidige hoge massa kan worden verklaard door het feit dat ze als rode reuzen zijn samengesmolten met andere sterren, ’ betoogt ze.

De verklaring geldt niet voor alle onderzochte sterren. Voor sommigen, de hoge massa die jaren geleden is bepaald door middel van asteroseismologie valt goed samen met de aanwezigheid van koolstof, stikstof, en zuurstof aan hun oppervlak. "Deze sterren kunnen in een vroeger ontwikkelingsstadium met andere zijn samengesmolten voordat nucleair materiaal naar de oppervlakte werd gewerveld, ", zegt Hekker. Een definitieve verklaring laat nog op zich wachten.

De nieuwe studie biedt ook een nieuwe benadering van de vraag hoe vaak sterren daardoor botsen en samensmelten. Rode reuzen met zo'n turbulent verleden konden nu via de omweg van leeftijdsbepaling worden opgespoord.