Spin May Tell a Star's Age

Astronomen hebben een paar hulpmiddelen om sterren te bestuderen waarmee ze relatieve leeftijden kunnen achterhalen, zoals naar hun temperaturen en helderheid kijken. Over het algemeen zijn roodachtige en oranje sterren ouder en koeler, terwijl blauwachtig witte sterren heter en jonger zijn. Sterren zoals de zon kunnen worden beschouwd als "van middelbare leeftijd" omdat hun leeftijd ergens tussen hun koele rode oudsten en hun hete jongere broers en zussen ligt. De algemene regel is dat warmere en veel massievere sterren, zoals de blauwachtige sterren op deze afbeelding, waarschijnlijk korter zullen leven. Maar welke aanwijzingen bestaan ​​er om astronomen te vertellen hoe lang die levens zullen duren?

Deze ruimte bevat zeer hete, jonge sterren. Hoe lang ze leven en hoe ze sterven vertelt veel over de levenscycli van sterren in de kosmos. De zeer massieve ster R136a1 ligt in dit stervormende gebied in de Grote Magelhaense Wolk (een aangrenzend sterrenstelsel aan de Melkweg). NASA / ESA / STScI

Er is een uiterst handig hulpmiddel dat astronomen kunnen gebruiken om eeuwen van sterren te achterhalen die rechtstreeks verband houden met hoe oud de ster is. Het gebruikt de spinsnelheid van een ster (dat wil zeggen, hoe snel hij om zijn as draait). Het blijkt dat stellaire spin-snelheden vertragen naarmate sterren ouder worden. Dat feit intrigeerde een onderzoeksteam bij Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, onder leiding van astronoom Soren Meibom. Ze besloten een klok te bouwen die de stellaire spins kan meten en zo de leeftijd van de ster kan bepalen.

Waarom is het belangrijk om de leeftijd van een ster te kennen?

Het kunnen vertellen van de leeftijden van sterren is de basis om te begrijpen hoe astronomische fenomenen met sterren en hun metgezellen zich in de loop van de tijd ontvouwen. Het kennen van de leeftijd van een ster is belangrijk om vele redenen die te maken hebben met stervormingspercentages in sterrenstelsels en de vorming van planeten. 

Artist's concept van een protoplanetaire schijf rond een nieuw gevormde ster. NASA

Het is ook bijzonder relevant voor het zoeken naar tekenen van buitenaards leven buiten ons zonnestelsel. Het heeft lang geduurd voordat het leven op aarde de complexiteit bereikte die we tegenwoordig vinden. Met een nauwkeurige stellaire klok kunnen astronomen sterren identificeren met planeten die zo oud zijn als onze zon of ouder.

De spin van een ster vertelt het verhaal

De spinsnelheid van een ster is afhankelijk van zijn leeftijd, omdat deze geleidelijk met de tijd vertraagt, zoals een top die op een tafel draait, na een paar minuten vertraagt. De spin van een ster hangt ook af van zijn massa. Astronomen hebben ontdekt dat grotere, zwaardere sterren de neiging hebben sneller te draaien dan kleinere, lichtere. Er is een nauwe wiskundige relatie tussen massa, spin en leeftijd. Meet de eerste twee en het is relatief eenvoudig om de derde te berekenen.

Een artist impression van een witte dwergster in een baan met pulsar PSR J2222-0137. Het is misschien de coolste en zwakste witte dwerg die ooit is geïdentificeerd. De spinsnelheid van deze ster geeft astronomen aanwijzingen voor het verouderingsproces. B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)

Deze methode werd voor het eerst voorgesteld in 2003 door astronoom Sydney Barnes van het Leibniz Institute for Physics in Duitsland. Het heet "gyrochronologie" van de Griekse woorden gyros (Rotatie), chronos (tijd / leeftijd) en logos (studie). Om gyrochronologie-leeftijden nauwkeurig en nauwkeurig te laten zijn, moeten astronomen hun nieuwe stellaire klokken kalibreren door de spinperioden van sterren te meten met zowel bekende leeftijden als massa's. Meibom en zijn collega's hebben eerder een cluster van miljard jaar oude sterren bestudeerd. Deze nieuwe studie onderzoekt sterren in het 2,5 miljard jaar oude cluster dat bekend staat als NGC 6819, waardoor het leeftijdsbereik aanzienlijk wordt uitgebreid.

Het meten van de spin van een ster is geen gemakkelijke taak. Niemand kan alleen aan een ster zien hoe snel hij draait. Dus, astronomen zoeken naar veranderingen in de helderheid die worden veroorzaakt door donkere vlekken op het oppervlak - het stellaire equivalent van zonnevlekken. Die maken deel uit van de normale activit van de zon en kunnen worden gevolgd net als starspots. Anders dan onze zon is een verre ster echter een onopgelost lichtpunt. Dus, astronomen kunnen niet direct een zonnevlek over de stellaire schijf zien. In plaats daarvan kijken ze naar de ster die lichtjes dimt wanneer een zonnevlek verschijnt, en weer helder worden wanneer de zonnevlek uit het zicht roteert.

Deze veranderingen zijn zeer moeilijk te meten omdat een typische ster met veel minder dan 1 procent dimt. En tijd is een probleem. Voor de zon kan het dagen duren voordat een zonnevlek het gezicht van de ster kruist. Hetzelfde geldt voor sterren met starspots. Sommige wetenschappers hebben dat omzeild door gegevens te gebruiken van NASA's planeetjacht Kepler ruimtevaartuig, dat precieze en continue metingen van de helderheid van sterren gaf.

Eén team onderzocht meer sterren met een gewicht van 80 tot 140 procent zoveel als de zon. Ze waren in staat om de spins van 30 sterren te meten met periodes variërend van 4 tot 23 dagen, vergeleken met de huidige 26-daagse spinperiode van de zon. De acht sterren in NGC 6819 die het meest op de zon lijken, hebben een gemiddelde spinperiode van 18,2 dagen, wat sterk impliceert dat de periode van de zon ongeveer die waarde was toen deze 2,5 miljard jaar oud was (ongeveer 2 miljard jaar geleden).

Het team heeft vervolgens verschillende bestaande computermodellen geëvalueerd die de spinsnelheden van sterren berekenen, op basis van hun massa en leeftijd, en bepaald welk model het beste overeenkwam met hun waarnemingen.

Snelle feiten

• Spin-snelheid helpt astronomen informatie te bepalen over de leeftijd en evolutie van een ster.
• Onderzoekers bestuderen continu de spinsnelheid om te begrijpen hoe verschillende soorten sterren in de loop van de tijd veranderen.
• Onze zon draait, net als andere sterren, om zijn as.