Massieve sterren zijn sterren die groter zijn dan ongeveer 10 keer de massa van de zon en worden veel minder vaak geboren dan hun tegenhangers met een lage massa. Echter, ze dragen het meest bij aan de evolutie van sterrenhopen en sterrenstelsels. Massieve sterren zijn de voorlopers van vele levendige en energetische verschijnselen in het universum, inclusief het verrijken van hun omgeving in supernova-explosies en het veranderen van de dynamiek van hun systemen.

Het beste hulpmiddel om massieve sterren te bestuderen zijn gedetailleerde stellaire evolutiecodes:computerprogramma's die zowel de interne structuur als de evolutie van deze sterren berekenen. Helaas, gedetailleerde codes zijn rekenkundig duur en tijdrovend - het kan enkele uren duren om de evolutie van slechts een enkele ster te berekenen. Om deze reden, het is onpraktisch om deze codes te gebruiken voor het modelleren van sterren in complexe systemen zoals bolvormige sterrenhopen, die miljoenen op elkaar inwerkende sterren kan bevatten.

Om dit probleem aan te pakken, een team van wetenschappers onder leiding van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) ontwikkelde een stellaire evolutiecode genaamd METhod of Interpolation for Single Star Evolution (METISSE). Interpolatie is een methode voor het schatten van een hoeveelheid op basis van nabijgelegen waarden, zoals het schatten van de grootte van een ster op basis van de grootte van sterren met vergelijkbare massa's. Via interpolatie, METISSE berekent snel de eigenschappen van een ster op elk moment met behulp van geselecteerde stellaire modellen die zijn berekend met gedetailleerde stellaire evolutiecodes.

Bliksemsnel, METISSE kan evolueren 10, 000 sterren in minder dan drie minuten. Het belangrijkste is, het kan sets van stellaire modellen gebruiken om de eigenschappen van sterren te voorspellen - dit is uiterst belangrijk voor massieve sterren. Massieve sterren zijn zeldzaam, en hun complexe en korte levensduur maken het moeilijk om hun eigenschappen te berekenen. Bijgevolg, gedetailleerde stellaire evolutiecodes moeten vaak aannames doen bij het berekenen van de evolutie van deze sterren. De verschillen in de aannames die door verschillende stellaire evolutiecodes worden gebruikt, kunnen hun voorspellingen over het leven en de eigenschappen van de massieve sterren aanzienlijk beïnvloeden.

In hun recent gepubliceerde studie, de OzGrav-onderzoekers gebruikten METISSE met twee sets ultramoderne stellaire modellen:een berekend door de Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA), en de andere door de Bonn Evolutionary Code (BEC).

Poojan Agrawal, OzGrav-onderzoeker en hoofdauteur van de studie, legt uit:"We hebben sterren geïnterpoleerd die tussen de negen en 100 keer de massa van de zon waren en vergeleken de voorspellingen voor het uiteindelijke lot van deze sterren. Voor de meeste massieve sterren in onze set, we ontdekten dat de massa's van de stellaire overblijfselen (neutronensterren of zwarte gaten) tot 20 keer de massa van onze zon kunnen variëren."

Wanneer de stellaire overblijfselen samensmelten, ze creëren zwaartekrachtsgolven - rimpelingen in ruimte en tijd - die wetenschappers kunnen detecteren. Daarom, de resultaten van deze studie zullen een enorme impact hebben op toekomstige voorspellingen in de astronomie van zwaartekrachtgolven.

Agrawal voegt toe:"METISSE is slechts de eerste stap in het blootleggen van de rol die massieve sterren spelen in stellaire systemen zoals sterrenhopen, en al, de resultaten zijn erg spannend."