Een internationaal team van astronomen is erin geslaagd tekenen van veroudering te detecteren in de rode superreus T UMi. De ster in het sterrenbeeld Kleine Beer maakt momenteel zijn laatste nucleaire "hik" door, " en zal binnenkort zijn 1,2 miljard jaar lange levensduur beëindigen.

Stel je voor dat je een vlieg bent en je wilt weten hoe mensen ouder worden. Je hebt niet de tijd om slechts één exemplaar te kiezen en het af te wachten:je moet werken met wat je nu ziet, en probeer het op de een of andere manier te begrijpen. Dit is het kernprobleem van het uitzoeken van stellaire evolutie tijdens mensenlevens.

Het leven van sterren verloopt heel geleidelijk, en meestal kunnen we het verstrijken van de tijd in deze objecten niet waarnemen. Een bekende uitzondering op deze regel is een supernova-explosie, maar de overgrote meerderheid van de sterren ervaart deze fase niet. Sterren vergelijkbaar met de zon beëindigen hun leven veel stiller:ze veranderen in rode superreuzen en na een paar miljard jaar in planetaire nevels, en laat slechts een kleine witte dwerg achter als een overblijfsel.

Astronomen hebben bewijs van deze reeks verzameld door miljoenen sterren te observeren, elk met verschillende leeftijd en massa, en door het berekenen van "typische, " of gemiddeld, gedrag met behulp van stellaire modellen. Echter, het is moeilijk om direct bewijs te vinden dat een bepaalde ster dit pad volgt.

Onderzoekers van het Konkoly Observatorium van de Hongaarse Academie van Wetenschappen, Dr. László Molnár en Dr. László Kiss, en hun internationale medewerker, Dr. Meridith Joyce, aan de Australische Nationale Universiteit, zijn er nu in geslaagd om direct bewijs van deze evolutie aan het licht te brengen dankzij een korte kans aan het einde van het leven van kleinere sterren.

Gedurende de laatste paar miljoen jaar, tijdens de overgang van de ster van een rode reus naar een witte dwerg, energieproductie in de ster wordt onstabiel. Tijdens deze fase, kernfusie laait diep van binnen op, het veroorzaken van "hik, " of thermische pulsen. Deze pulsen veroorzaken drastische, snelle veranderingen in de grootte en helderheid van de ster - zichtbaar door de eeuwen heen. Het is dus mogelijk dat een thermische puls gedurende mensenlevens wordt opgemerkt - als de timing goed is en we weten waar we de tekenen ervan moeten zoeken.

De identificatie wordt bevorderd door het feit dat deze oude sterren ook veranderlijke sterren zijn. Geluidsgolven zorgen ervoor dat ze periodiek uitzetten en samentrekken, het creëren van pulsaties gedurende cycli van een jaar. Deze langzame maar zeer opvallende lichtvariaties in veel sterren, inclusief TUMi, worden al meer dan een eeuw gevolgd door generaties professionele en amateurastronomen. Ondanks de vergelijkbare termen, pulsatie en thermische pulsen zijn twee verschillende fenomenen, en we kunnen de eerste gebruiken om te zoeken naar de veelbetekenende tekens van de laatste:als de ster krimpt tijdens een puls, de geluidsgolven bereiken de grenzen sneller, verkorting van de jaarlange pulsatieperiodes.

T UMi was tot de jaren tachtig geen bijzonder opmerkelijke veranderlijke ster, toen de pulsatieperiode drastisch begon te verkorten. De theorie was dat een thermische puls de oorzaak was van deze ongekend snelle verandering door Hongaarse astronomen in de vroege jaren 2000, maar stellaire evolutionaire modellen waren tot voor kort niet nauwkeurig genoeg om de waarnemingen aan de theorie te koppelen.

De Hongaarse onderzoekers waren al lang van plan om T UMi nog eens te bekijken als er betere tools en meer data beschikbaar kwamen. Zoals Dr. Kiss uitlegde, "Vandaag, in het tweede decennium van de jaren 2000, we kunnen de interieurstructuren modelleren, evolutie, en oscillaties van sterren in ongeëvenaard detail en nauwkeurigheid, dankzij enorme ontwikkelingen op het gebied van numerieke astrofysica. Theoretisch begrip van T Ursae Minoris werd pas een reële mogelijkheid in de laatste 4-5 jaar, maar de onderzoeken zijn nooit helemaal van tafel geweest."

En hun geduld werd beloond, gegevens verzameld door het wereldwijde waarnemersnetwerk van de American Association of Variable Star Observers (AAVSO) in het afgelopen decennium bleken cruciaal te zijn:ze onthulden dat er een tweede pulsatiemodus in de ster verscheen. Deze twee verschillende geluidsgolven "ontstemmen" beide als de ster krimpt, waardoor het mogelijk is om de eigenschappen van de ster vast te pinnen met een veel grotere nauwkeurigheid dan ooit tevoren.

Gedetailleerde fysieke modellering van de ster werd uitgevoerd door co-hoofdonderzoeker Dr. Meridith Joyce van de Australian National University in Canberra, Australië. Door hun samenwerking, de astronomen reproduceerden het gedrag van T UMi met state-of-the-art stellaire evolutie en pulsatiecodes.

"Hoewel onze technieken voor het modelleren van sterren de afgelopen decennia aanzienlijk zijn verbeterd, het is in de voorhoede van onze mogelijkheden om zo'n korte evolutionaire gebeurtenis met dit soort precisie te modelleren. Het project vereiste de ontwikkeling van geheel nieuwe software en tools voor gegevensextractie, " zei Dr. Joyce. Om de moeilijkheid van de taak in context te plaatsen:de modellen zijn ontworpen om miljarden jaren van sterrenleven in kaart te brengen, maar nauwkeurigheid in de orde van 5-10 jaar is vereist om de pulsatieperioden te berekenen.

Maar de modellen waren succesvol. Uiteindelijk, de berekeningen onthulden zeer sterke aanwijzingen dat T UMi een thermische puls binnengaat, en toonde bovendien aan dat de ster 1,2 miljard jaar geleden werd geboren met ongeveer twee keer de massa van de zon. Dit is de meest nauwkeurige schatting van de massa en leeftijd voor dit type oude, enkele ster ooit behaald.

En de modellen hebben inzichten onthuld in niet alleen het verleden van de ster, maar ook de toekomst ervan:de astronomen zijn tot de conclusie gekomen dat deze krimpfase in totaal 80-100 jaar zal duren, wat betekent dat we de ster binnen nog eens 40-60 jaar weer naar buiten kunnen zien uitdijen. Het testen van deze voorspelling zal heel eenvoudig zijn:we hebben alleen toekomstige generaties amateurastronomen nodig om de lichtvariaties in T UMi te blijven observeren.

Verder kijken in de tijd, de modellen suggereren ook dat de ster een van zijn laatste thermische pulsen ervaart, en zou dus binnen tien- tot honderdduizenden jaren in de fase van de witte dwerg kunnen komen. "Het is een ontnuchterende gedachte dat zelfs 'snelle' gebeurtenissen, zoals het begin van een thermische puls in een ster, worden nog steeds gemeten in decennia. Het kan iemands hele wetenschappelijke carrière kosten om eindelijk te bewijzen, of weerleggen, dit soort voorspellingen. Hoe dan ook, we zijn van plan om T UMi in de nabije toekomst in de gaten te houden, "Dr. Molnar, co-hoofdonderzoeker van de studie, concludeerde.

Dit zal een van de meest kritische en directe tests van onze modellen van stellaire evolutie tot nu toe opleveren, maar, de directe waarneming van een thermische puls heeft ook bredere implicaties. Thermische pulsen verrijken het hele universum. verschillende elementen, inclusief koolstof, stikstof, blik, en leiden, worden niet geproduceerd door supernova's, maar eerder in de diepten van oude sterren zoals T UMi.

Deze elementen kunnen het oppervlak van de ster bereiken en het omringende interstellaire medium binnendringen door de vermenging die wordt veroorzaakt tijdens een puls. Vanaf daar, stellaire winden duwen ze de melkweg in in de vorm van kleine stofdeeltjes. Deze stofkorrels zijn de bouwstenen van de volgende generaties sterren, het maken van de vorming van planeten rond sterren, en misschien zelfs op koolstof gebaseerd leven op die planeten, mogelijk.

"We zijn verheugd dat we hebben deelgenomen aan dit werk, " zei dr. Stella Kafka, Directeur van de AAVSO. "Dit is een uitstekend voorbeeld van samenwerking tussen professionele astronomen en onze waarnemers die decennialang nauwgezet gegevens hebben verstrekt. Het is geweldig om nieuwe resultaten te zien op een oude favoriet."

De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift . Een preprint versie is vrij verkrijgbaar bij arXiv.