Bij de vorming van sterclusters bewegen de pasgeboren sterren kriskras door elkaar heen en kunnen ze in bijna-botsingen worden weggeslingerd. De astronomen, onder leiding van UvA-promovendus Mitchel Stoop, ontdekten dat de jonge cluster R136 in de laatste paar miljoen jaar maar liefst een derde van zijn zwaarste sterren heeft gelanceerd, met snelheden boven de 100.000 km/uur. Die sterren reizen tot 1000 lichtjaar ver vanaf hun geboorteplek voordat ze aan hun levenseinde ontploffen als supernova en daarbij een neutronenster of zwart gat produceren.

Twee periodes

Maar Stoop en zijn begeleiders deden nog een verrassende ontdekking: er was niet één enkele periode waarin de sterren dynamisch werden weggeslingerd, maar twee. Stoop: 'De eerste episode was 1,8 miljoen jaar geleden, toen de cluster gevormd werd, en dat past bij het wegschieten van sterren tijdens de vorming van de cluster. De tweede episode was slechts 200.000 jaar geleden en had een heel ander karakter. Zo bewegen de wegrensterren van deze tweede episode langzamer en worden ze niet zoals in de eerste episode in willekeurige richtingen weggeschoten, maar in een voorkeursrichting.'

'We vermoeden dat de tweede episode van het wegschieten van sterren het gevolg was van de interactie van R136 met een andere, nabije (pas in 2012 ontdekte) cluster. De tweede episode is wellicht een teken dat de twee clusters in de komende tijd zullen vermengen en samensmelten', zo licht coauteur Alex de Koter (UvA) toe.

Zware sterren ontploffen uiteindelijk als supernova. Ze zijn gedurende hun leven extreem helder – tot meer dan een miljoen keer helderder dan de zon – en zenden voornamelijk ultraviolet licht uit dat het omringende waterstofgas ioniseert. Ze leven slechts kort (miljoenen jaren) en ontploffen normaliter nog in het stervormingsgebied waarin ze geboren zijn. Zo’n stervormingsgebied bestaat uit wolken van gas en stof die het effect dempen dat zware sterren hebben op hun omgeving.

Prima Donna

Dit is de eerste keer dat er zo’n enorm aantal (55) hogesnelheidssterren afkomstig uit één cluster is gevonden. R136 is een heel speciale cluster, met honderdduizenden sterren waaronder de zwaarste sterren die bekend zijn (tot wel 300 keer de massa van de zon). Het is een onderdeel - en de "prima donna" - van het grootste stervormingsgebied dat we kennen binnen een straal van vijf miljoen lichtjaar.

'Nu we hebben ontdekt dat een derde van de zware sterren al vroeg in hun leven uit hun stervormingsgebied wordt weggeslingerd – en ze hun invloed buiten die gebieden uit kunnen oefenen – is de impact van zware sterren op de structuur en evolutie van Melkwegstelsels waarschijnlijk veel groter dan gedacht. Het is zelfs mogelijk dat wegrensterren die in het vroege heelal werden gevormd een belangrijke bijdrage hebben geleverd aan de door ultraviolet licht veroorzaakte zogeheten re-ionisatie van het universum', aldus coauteur Lex Kaper (UvA).

Grenzen van de mogelijkheden

De astronomen maakten gebruik van gegevens van de ESA’s Gaia-telescoop die de posities, afstanden en snelheden van meer dan een miljard sterren meet. Gaia bevindt zich ver voorbij de maan op een afstand van 1,5 miljoen kilometer van de aarde. Het team wilde vooral de grenzen van de mogelijkheden van Gaia opzoeken. R136 bevindt zich in de Grote Magelhaense Wolk, een zustersterrenstelsel van de Melkweg, op een afstand van 160.000 lichtjaar. Dat is extreem ver voor Gaia-metingen.

'R136 is pas net (1.8 miljoen jaar geleden) gevormd en de wegrensterren konden dus nog niet zo ver weg zijn dat het praktisch onmogelijk wordt ze te identificeren. Als je veel wegrensterren hebt, kun je betrouwbare statistische uitspraken doen, en we zijn enorm verheugd over de resultaten. Iets nieuws ontdekken is altijd kicken voor een wetenschapper', zo besluit De Koter.

Overigens vond de Nederlandse astronoom Adriaan Blaauw (12 april 1914 - 1 december 2010) tijdens zijn promotieonderzoek (1946) de eerste aanwijzingen voor het bestaan van wegrensterren, sterren die met hoge snelheid door het Melkwegstelsel bewegen. Met gegevens van eerst de ESA-ruimtemissie Hipparcos, waaraan Blaauw mede leidinggaf, en nu Gaia, kunnen sterclusters en de bewegingen van wegrensterren in detail bestudeerd worden.

Meer informatie

Mitchel Stoop, Anton Pannekoek Instituut voor Sterrenkunde, Universiteit van Amsterdam. E-mail: m.p.stoop@uva.nl

Alex de Koter, Anton Pannekoek Instituut voor Sterrenkunde, Universiteit van Amsterdam. E-mail: A.deKoter@uva.nl

Lex Kaper, Anton Pannekoek Instituut voor Sterrenkunde, Universiteit van Amsterdam. E-mail: L.Kaper@uva.nl

Artikel

Two waves of massive stars running away from the young cluster R136;

Mitchel Stoop, Alex de Koter, Lex Kaper, Sarah Brands, Simon Portegies Zwart, Hugues Sana, Fiorenzo Stoppa, Mark Gieles, Laurent Mahy, Tomer Shenar, Difeng Guo, Gijs Nelemans en Steven Rieder

DOI: 10.1038/s41586-024-08013-8. De paper is beschikbaar op  http://www.nature.com/articles/10.1038/s41586-024-08013-8