Bolvormige sterhopen spelen kosmisch biljart

In bolvormige sterhopen, de oudste structuren in het nabije heelal, geldt het recht van de sterkste. Tijdens het miljarden jaren durende leven van een bolvormige sterhoop worden de lichtste sterren door de zware weggeslingerd. Dit publiceert promovendus Diederik Kruijssen van de Universiteit Utrecht binnenkort in Astronomy & Astrophysics.

Al tijden waren astronomen verbaasd over de helderheid van sommige bolvormige sterhopen. Deze zijn namelijk veel te helder in relatie tot de lage massa die ze bevatten. Nu wijst alles er op dat dit komt doordat ze hun lichte, en dus zwakke sterren hebben verloren, terwijl ze de zware, heldere sterren hebben behouden. Omdat de honderdduizenden sterren in een bolvormige sterhoop heel dicht op elkaar zitten, is het vanaf de aarde niet mogelijk alle sterren te tellen en te bepalen wat hun individuele helderheid is. Daarom heeft Kruijssen het probleem benaderd via computermodellen om na te gaan of het verlies van juist lichte sterren uit een sterhoop kan verklaren waarom bolvormige sterhopen zo helder zijn.

Van sterhopen is bekend dat ze langzaam maar zeker al hun sterren verliezen. In een sterhoop zitten sterren van alle soorten en maten heel dicht op elkaar. Deze sterren krijgen door onderlinge zwaartekrachtsslingers of door verstoringen van buitenaf vaak voldoende snelheid om aan de aantrekkingskracht van een sterhoop te ontsnappen. Onder bepaalde omstandigheden slingeren sterhopen vooral de lichte sterren eruit, terwijl ze de zware exemplaren behouden. Kruijssens computermodellen tonen aan dat de model-sterhopen precies de helderheid hebben die ook in echte bolvormige sterhopen wordt gezien. “Het lijkt er inderdaad op dat vooral de lichte sterren aan een bolvormige sterhoop ontsnappen en de zware sterren achterblijven’” zo licht Kruijssen toe. “De natuur heeft blijkbaar een soort spelregels voor welke sterren het eerst kunnen worden weggeschoten. Het is net een potje biljart.”

Volgens Kruijssen is het belangrijk dat nu begrepen wordt waarom bolvormige sterhopen zo helder zijn. “Sterhopen rond verre sterrenstelsels kunnen veel vertellen over de ontwikkeling van het heelal. De helderheid van bolvormige sterhopen kan daarbij worden gebruikt om hun massa te bepalen. Dit werd tot nu toe gedaan met een vaste omrekeningsfactor, omdat algemeen werd aangenomen dat de samenstelling van alle sterhopen min of meer gelijk is. Omdat in veel sterhopen de lichte sterren ontbreken ten gunste van zwaardere exemplaren, moeten we nu goed kijken of bestaande opvattingen nog gelden.”

De komende maanden doet Kruijssen in samenwerking met collega’s uit Chili en Duitsland vervolgonderzoek aan bolvormige sterhopen. “We gaan proberen om voor zo veel mogelijk bolvormige sterhopen na te gaan wat hun precieze geschiedenis is. Op die manier kunnen we bepalen of ze allemaal exact zoveel lichte sterren hebben verloren als we nu verwachten.”