Over 5 miljard jaar of zo, wanneer de zon de waterstof in zijn kern heeft opgebruikt, het zal opblazen en veranderen in een rode reuzenster. Deze fase van zijn leven - en die van andere sterren tot tweemaal zijn massa - is relatief kort in vergelijking met het meer dan 10 miljard jaar durende leven van de zon. De rode reus zal 1000 keer helderder schijnen dan de zon, en plotseling zal het helium diep in zijn kern beginnen te smelten tot koolstof in een proces dat de 'heliumkernflits' wordt genoemd. Na dit, de ster vestigt zich in 100 miljoen jaar stille heliumfusie.

Astrofysici voorspellen deze flitsen al 50 jaar in theorie en in modellen, maar niemand is ooit waargenomen. Echter, een nieuwe studie in Natuurastronomie suggereert dat dit snel kan veranderen.

"De effecten van heliumkernflits worden duidelijk voorspeld door de modellen, maar we hebben geen waarnemingen gevonden die ze direct weerspiegelen, " zei co-auteur Jørgen Christensen-Dalsgaard, een Simons Distinguished Visiting Scholar aan het Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) van UC Santa Barbara en professor aan de Universiteit van Aarhus in Denemarken.

Een ster als de zon wordt aangedreven door waterstof te fuseren tot helium bij temperaturen van ongeveer 15 miljoen K. Helium, echter, vereist een veel hogere temperatuur dan waterstof, ongeveer 100 miljoen K, om te beginnen te smelten in koolstof, dus het hoopt zich eenvoudig op in de kern terwijl er een omhulsel van waterstof omheen blijft branden. De hele tijd, de ster breidt zich uit tot een grootte die vergelijkbaar is met de baan van de aarde. Eventueel, de kern van de ster de perfecte omstandigheden bereikt, het veroorzaken van een gewelddadige ontsteking van het helium:de flits van de heliumkern. De kern ondergaat verschillende flitsen in de komende 2 miljoen jaar, en vestigt zich vervolgens in een meer statische toestand waar het in de loop van ongeveer 100 miljoen jaar al het helium in de kern tot koolstof en zuurstof verbrandt.

Heliumkernflits speelt een integrale rol in ons begrip van de levenscycli van sterren met een lage massa. Helaas, het verzamelen van gegevens uit de kernen van verre sterren is ongelooflijk moeilijk, dus wetenschappers hebben dit fenomeen niet kunnen waarnemen.

De kracht van moderne ruimteobservatoria zoals Kepler, CoRoT en nu NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) belooft hier verandering in te brengen. "De beschikbaarheid van zeer gevoelige metingen vanuit de ruimte heeft het mogelijk gemaakt om subtiele trillingen waar te nemen in de helderheid van een zeer groot aantal sterren, " legde Christensen-Dalsgaard uit.

De heliumkernflits produceert een reeks verschillende golven die zich door de ster voortplanten. Hierdoor trilt de ster als een bel, die zich manifesteert als een zwakke variatie in de algehele helderheid. Waarnemingen van stellaire pulsaties hebben astronomen al geleerd over de processen in sterren op ongeveer dezelfde manier als geologen leren over het binnenste van de aarde door aardbevingen te bestuderen. Deze techniek, bekend als asteroseismologie, is uitgegroeid tot een bloeiend veld in de astrofysica.

De kernflits gebeurt vrij plotseling, en als een aardbeving, begint met een zeer energetische gebeurtenis, gevolgd door een reeks opeenvolgende zwakkere gebeurtenissen in de komende 2 miljoen jaar - een relatief korte periode in het leven van de meeste sterren. Zoals blijkt uit een vroege krant in 2012 onder leiding van KITP-directeur Lars Bildsten en KITP Senior Fellow Bill Paxton, de pulsatiefrequenties van deze sterren zijn erg gevoelig voor de omstandigheden in de kern. Als resultaat, asteroseismologie zou wetenschappers informatie kunnen verschaffen die ons begrip van deze processen test.

"We waren destijds enthousiast dat deze nieuwe ruimtemogelijkheden ons in staat zouden kunnen stellen dit lang bestudeerde stukje stellaire evolutie te bevestigen. we hebben geen rekening gehouden met de nog opwindender mogelijkheid die deze auteurs hebben onderzocht om de sterk convecterende ster te gebruiken om de ster daadwerkelijk te laten rinkelen, ’ zei Bildsten.

Het belangrijkste doel van de nieuwe studie was om te bepalen of deze flitsende regio's pulsaties konden opwekken die groot genoeg waren voor ons om te zien. En na maanden van analyse en simulaties, de onderzoekers ontdekten dat veel relatief gemakkelijk te observeren zouden moeten zijn.

"Ik was zeker verrast dat het mechanisme eigenlijk zo goed werkte, zei Christensen-Dalsgaard.

De nieuwe en veelbelovende invalshoek die in het artikel wordt beschreven, is dat de astronomen de processen hebben bestudeerd in een heel speciaal - en tot nu toe niet erg goed begrepen - type ster dat een subdwerg B-ster werd genoemd. Dit zijn voormalige rode reuzen die, om onbekende redenen, hebben het grootste deel van hun buitenste laag waterstof verloren. Subdwerg B-sterren bieden wetenschappers een unieke kans om de hete kern van een ster directer te onderzoeken. Bovendien, de resterende dunne laag waterstof is niet dik genoeg om de trillingen van de herhaalde heliumkernflitsen te dempen, waardoor de onderzoekers de kans krijgen om ze mogelijk direct te observeren.

Deze studie levert de eerste waarnemingsinformatie op over de complexe processen die worden voorspeld door stellaire modellen bij de ontsteking van heliumfusie. "Dit werk maakte sterk gebruik van een reeks vloeistofdynamische berekeningen onder leiding van voormalig KITP Graduate Fellow Daniel Lecoanet, Bildsten merkte op. "Als dit allemaal lukt, deze sterren kunnen een nieuwe proeftuin vormen voor deze fundamentele puzzel in de astrofysica."

Christensen-Dalsgaard zei dat hij deze bevindingen graag wil toepassen op actuele gegevens. En in feite, heliumkernflitsen zijn mogelijk al waargenomen. Verschillende van de door CoRoT en Kepler waargenomen sterren vertonen onverklaarbare oscillaties die lijken op voorspellingen van heliumkernflitsen. TESS zal cruciaal blijken in dit toekomstige onderzoek, hij legde uit, omdat het een hele reeks sterren zal waarnemen, waaronder verschillende waar deze pulsaties detecteerbaar zijn. Dit zal verdere sterke tests van de modellen opleveren en inzicht geven in wat de toekomst in petto heeft voor onze eigen zon.