Prachtige beelden James Webb laten geboorte en dood van massieve sterren zien
De James Webb-ruimtetelescoop blijft ons verbazen met prachtige beelden, maar waar kijken we nou eigenlijk naar? Sterrenkundige Nienke van der Marel laat ons aan de hand van drie afbeeldingen zien hoe grote, massieve sterren een kort maar knallend leven leiden.
Slangendrager
Op deze afbeelding zien we de Ophiuchus, oftewel de Slangendrager. Van der Marel: ‘Dit is een stervormingsgebied van een paar miljoen jaar oud. Deze sterren zijn echt nog aan het groeien, en daaromheen zijn ook planeten aan het ontstaan. Veel van mijn onderzoek richt zich op dit stervormingsgebied.’
De verschillende kleuren ontstaan door verschillende filters van de telescoop, legt Van der Marel uit. ‘Elk filter is gevoelig voor een ander soort materiaal, dat een ander soort licht uitstraalt. In het rood zie je heet waterstof. Als een ster gevormd wordt, schiet er energie twee kanten op, wat het gas uit de omringende wolk wegduwt. Dat zie je als rode straalstromen, of jets, op de afbeelding.’
Daarnaast zien we een aantal witte lichtpuntjes. ‘Dat zijn jonge sterren.’ Ook zien we een grote boog. ‘Dat is het buitenste deel van een holte die wordt veroorzaakt door een massieve jonge ster, de S1, die zich in het midden van die holte bevindt. S1 is meer dan twintig keer zo massief als onze zon. Bij dit soort sterren komt zoveel energie vrij dat ze al het materiaal om zich heen extreem verhitten en chemische reacties veroorzaken. Daardoor ontstaat de holte die je ziet, met een gele rand van hele kleine stofdeeltjes.’
Maar wat valt Van der Marel zelf het meest op aan deze afbeelding? ‘Als je heel ver inzoomt zie je een soort zandlopertje. Dat is voor mij eigenlijk het interessantst. Het is namelijk een schijf rondom een ster waar je vanaf de zijkant naar kijkt. Het stof in de schijf absorbeert het licht van de ster en het materiaal daarachter. In die schijf van stof ontstaan planeten doordat een gedeelte van de stof samenklontert. Hoe dat precies gebeurt, dat weten we nog niet. Daar probeer ik achter te komen met mijn onderzoek.’
De vorming van sterren en planeten duurt miljoenen jaren. ‘We hebben natuurlijk geen tijd om hun ontstaan waar te nemen’, zegt Van der Marel. ‘Daarom bestuderen we afbeeldingen van verschillende sterren van verschillende leeftijden in verschillende fases. En we proberen die dan in de juiste volgorde te zetten om te zien hoe planeten en sterren ontstaan. Met dit soort afbeeldingen krijgen we een mooi beeld van meerdere sterren die ontstaan in dezelfde omgeving.’
Wolf-Rayet 124
Op deze afbeelding is opnieuw een massieve ster te zien, maar nu in een latere fase in haar evolutie, vertelt Van der Marel. ‘In het midden zien we een zogenaamde Wolf-Rayet ster, een ster die haar waterstof al grotendeels heeft verbruikt en haar atmosfeer heeft uitgestoten. Het is een enorme ster, met meer dan twintig keer de massa van onze zon. Hij is ook een miljoen keer helderder dan de zon. Dit soort massieve sterren evolueren snel omdat ze uit veel materiaal bestaan en ook snel massa verliezen.’
Deze ster zal over een paar honderdduizend jaar ontploffen, vertelt Van der Marel. ‘Op een sterrenkundige tijdschaal duurt zijn leven maar heel kort. Massieve sterren knallen aan het einde van hun leven uit elkaar, wat we een supernova noemen. Nadat de ster ontploft ziet dit plaatje er heel anders uit. Door hun korte levensduur zijn Wolf-Rayet-sterren erg zeldzaam. Er zijn er maar vijfhonderd in de hele Melkweg.’
Om de ster is een wolk met roze, bruin en paars stof te zien. ‘Dat stof is van de oppervlakte van de ster weggeblazen. Door deze afbeelding kunnen we leren hoe zwaardere elementen en stofdeeltjes verrijkt worden door deze massieve sterren. Alle deeltjes die je nodig hebt om planeten en leven te vormen, worden hier gecreëerd. Dat kunnen we nu voor het eerst bestuderen.’
Cassiopeia
Wat blijft er over van een massieve ster nadat deze explodeert? Dat zien we op deze afbeelding. ‘Na afloop van een supernova blijft er een wolk achter die nog duizenden jaren zichtbaar is. Het oranje en rode materiaal is waterstof van interstellaire materie dat is weggeduwd toen de ster ontplofte. Het lichtere, roze materiaal is waarschijnlijk het restant van de ster zelf. Het zijn dus de elementen en de atomen die in de ster zijn ontstaan.’
Een supernova duurt gemiddeld een paar weken tot maanden, legt Van der Marel uit. ‘Deze supernova vond zo’n 350 jaar geleden plaats, dus het materiaal waar we naar kijken ligt er al een tijdje stabiel bij.’
In het midden zien we ook een groene sliert. Wat is dat dan? ‘Dat weet niemand. Het wordt het ‘groene monster’ genoemd. Onderzoekers waren verbaasd toen ze dit zagen op de afbeelding, niemand had dit verwacht. Het is niet eerder waargenomen in de restanten van een supernova. Een van de onderzoekers dit hiermee bezig is, vertelde in een interview dat hij de rest van zijn carrière bezig zal zijn met de data die voor deze afbeelding verzameld is. Het gebeurt vaak dat sterrenkundigen ergens naar kijken en iets totaal onverwachts zien. Dat maakt ons vakgebied zo leuk.’
Tekst: Tom Janssen
Beeld: Fien Leeflang
Foto's: NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team
Nienke van der Marel
Universitair docent Nienke van der Marel onderzoekt de vorming van planeten in het stof en gas rondom jonge sterren. ‘Als er een ster vormt, dan ontstaat er vaak een platte schijf van gas en stof rondom die jonge ster. In die schijf klonteren stofdeeltjes samen tot planeten.’ Onlangs kreeg zij de New Horizonsprijs voor haar onderzoek naar zogenoemde stofvallen in deze schijven. Met deze ontdekking loste zij lang bestaande problemen in de verklaring van planeetvorming op.