In klassieke modellen van stellaire evolutie is tot dusver weinig belang gehecht aan de vroege evolutie van sterren. Thomas Steindl van de afdeling Astro- en Deeltjesfysica aan de Universiteit van Innsbruck laat nu voor het eerst zien dat de biografie van sterren inderdaad wordt gevormd door hun vroege stadium. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications .

Van baby's tot tieners, sterren in hun "jonge jaren" vormen een grote uitdaging voor de wetenschap. Het proces van stervorming is bijzonder complex en moeilijk in kaart te brengen in theoretische modellen. Een van de weinige manieren om meer te weten te komen over de vorming, structuur of leeftijd van sterren, is door hun oscillaties te observeren. "Vergelijkbaar met de verkenning van het binnenste van de aarde met behulp van seismologie, kunnen we ook uitspraken doen over hun interne structuur en dus ook over de leeftijd van sterren op basis van hun oscillaties", zegt Konstanze Zwintz.

De astronoom wordt beschouwd als een pionier in het jonge veld van de asteroseismologie en leidt de onderzoeksgroep Stellar Evolution and Asteroseismology aan het Instituut voor Astro- en Deeltjesfysica van de Universiteit van Innsbruck. De studie van stellaire oscillaties is de afgelopen jaren aanzienlijk geëvolueerd omdat de mogelijkheden voor nauwkeurige observatie door telescopen in de ruimte zoals TESS, Kepler en James Webb op veel niveaus zijn verbeterd. Deze vooruitgang werpt nu ook nieuw licht op decennia-oude theorieën over stellaire evolutie.

Een nieuw model voor volwassen sterren van nul uur

Sterren worden "kinderen" genoemd zolang ze in hun kernen nog geen waterstof verbranden tot helium. In dit stadium bevinden ze zich in de pre-hoofdreeks; na ontsteking worden ze volwassen en gaan ze naar de hoofdreeks.

"Onderzoek naar sterren heeft zich tot nu toe vooral gericht op volwassen sterren, zoals onze zon", zegt Thomas Steindl, lid van de onderzoeksgroep van Konstanze Zwintz en hoofdauteur van het onderzoek. "Zelfs als het op het eerste gezicht contra-intuïtief klinkt, is er tot nu toe weinig aandacht besteed aan de evolutie van de pre-hoofdreeks omdat de fase erg turbulent en moeilijk te modelleren is. Het zijn alleen de technologische vooruitgang van de afgelopen jaren die ons in staat stellen een nauwere kijk naar de kindertijd van sterren - en dus op het moment dat de ster waterstof begint te fuseren tot helium."

In hun huidige onderzoek presenteren de twee Innsbruck-onderzoekers nu een model dat kan worden gebruikt om de vroegste fasen van het leven van een ster realistisch weer te geven, lang voordat ze volwassen worden. Het model is gebaseerd op het open-source stellaire evolutieprogramma MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics). Geïnspireerd door een lezing van astronoom Eduard Vorobyov van de Universiteit van Wenen tijdens een bijeenkomst in 2019, heeft Thomas Steindl maanden besteed aan het verfijnen van de methode voor het gebruik van deze stellaire evolutiecode om de chaotische fase van vroege stervorming na te bootsen en vervolgens hun specifieke oscillaties te voorspellen.

"Onze gegevens laten zien dat sterren in de pre-hoofdreeks een zeer chaotisch verloop hebben in hun evolutie. Ondanks de complexiteit ervan kunnen we het nu gebruiken in ons nieuwe theoretische model." zei Steindl. Zo laat de astronoom zien dat de manier waarop de ster wordt gevormd van invloed is op het oscillatiegedrag, zelfs na het ontsteken van kernfusie op de hoofdreeks:"De kindertijd heeft invloed op de latere pulsaties van de ster:dit klinkt heel eenvoudig, maar er werd sterk getwijfeld. De klassieke theorie gaat ervan uit dat de tijd voor ontsteking gewoon niet relevant is. Dit is niet waar:vergelijkbaar met een muziekinstrument, zelfs subtiele verschillen in de compositie leiden tot significante veranderingen in de toon. Zo zijn onze moderne modellen beter beschrijf de trillingen in echte sterren."

Konstanze Zwintz says, "I was already convinced about 20 years ago, when I first saw the oscillation of a young star in front of me on the screen, that I would one day be able to prove the significance of early stellar evolution on the 'adult' star. Thanks to the great work of Thomas Steindl, we have now succeeded:Definitely a eureka moment for our research group and another milestone for a better understanding of the growth steps of stars." + Verder verkennen

Core overshoot constrained by the absence of a solar convective core and some solar-like stars