Op 11 maart 1437 keek een groep koninklijke astronomen in een observatietoren in Seoul, Korea toe hoe een schitterende witte flits de nachthemel verlichtte. Een van de vijf waarnemers noteerde nauwgezet wat ze zagen: "Er begon een gastster te worden gezien tussen de tweede en derde sterren van Wei [Scorpius] ... Het duurde 14 dagen."
gerelateerde inhoud
- Hoe Eclipse-angst de basis legde voor moderne astronomie
- Het meeste lithium in het heelal is gesmeed in exploderende sterren
Hoewel ze het toen nog niet wisten, kwam de glinsterende 'gastster' uit een gewelddadiger evenement dan de naam doet vermoeden: een nova-explosie. Nu hebben moderne astrofysici met behulp van de Koreaanse archieven en glazen fotografische platen van Harvard University de ster herontdekt en voor het eerst de levenscyclus van een dubbelstersysteem gereconstrueerd.
"De echte nieuwigheid in deze studie is dat we een onbetwistbare en buitengewoon nauwkeurige klok hebben, " dankzij de oude Koreanen, zegt Michael Shara, hoofdauteur van de studie en een astrofysicus in het American Museum of Natural History. “In de astronomie meet je bijna nooit iets met een nauwkeurigheid van meer dan 20 of 30 procent. Hier weten we wat er met de dag gebeurt. '
Het onderzoek, woensdag gepubliceerd in het tijdschrift Nature, kijkt naar de evolutie van een binair systeem, een hemelstelsel waarin twee sterren dicht genoeg bij elkaar zijn zodat hun zwaartekracht ervoor zorgt dat ze in een baan om elkaar draaien. Ongeveer 70 procent van de sterren valt in deze categorie en hun relatie is alles behalve vreedzaam. De grootste van de twee sterren is een witte dwerg, een super dichte ster met een massa niet groter dan 8 keer de grootte van onze zon. (In feite zal onze zon over 5 miljard jaar waarschijnlijk een witte dwerg worden.)
"Als je op een witte dwerg stond, zou je platgedrukt worden tot een olievlek", zegt Josh Grindlay, co-auteur van de studie en hoofdonderzoeker bij het Digital Access to a Sky Century @ Harvard-project (DASCH).
De lange metgezel van de witte dwerg is daarentegen een kleinere, waterstofverbrandende rode dwerg. De witte dwerg kannibaliseert zijn partner genadeloos, materie afhevelend en verzamelt het in een ring rond zijn atmosfeer. Die halo van superhot materie wordt een "accretieschijf" genoemd. Af en toe zal de hoeveelheid materie die van de kleinere ster naar zijn hongerige partner stroomt, voldoende toenemen zodat de witte dwerg dramatisch oplicht, zoals een zaklamp die plotseling aangaat. Dit staat bekend als een "cataclysmische variabele."
Wat Koreaanse astronomen bijna 600 jaar geleden zagen, was echter nog dramatischer. Ze waren getuige van iets dat een nova wordt genoemd, dat is wanneer de materie die zich ophoopt in de atmosfeer van de witte dwerg kritische massa bereikt en een ketting van nucleaire reacties veroorzaakt, die maar liefst 1 miljoen keer helderder wordt dan de zon. In tegenstelling tot een supernova explodeert een ster die nova ondergaat niet volledig; alleen de atmosfeer doet dat. De witte dwerg glijdt uiteindelijk terug in een "winterslaap" -staat en haalt materie van zijn partner. In deze toestand is het enige overgebleven spoor van zijn gewelddadige uitbarsting een wolk van uitgeworpen materie die bekend staat als een schelp.
"Novae worden vaak beschreven als de derde meest energieke explosies in het universum - ten eerste de Big Bang en ten tweede supernovae en gammastraaluitbarstingen, " zegt Jeremy Drake, een senior astrofysicus bij het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Tot nu toe wisten onderzoekers niet of novae en cataclysmische variabelen in hetzelfde systeem voorkwamen, of dat sommige systemen novae produceerden, terwijl andere cataclysmische variabelen bleven. “Het feit dat we dit specifieke nova-evenement kunnen herleiden uit de Koreaanse observaties, en zien dat deze ster nu normaal cataclysmisch variabel gedrag ondergaat, is een ontbrekend stuk uit de puzzel dat ons vertelt dat nova en cataclysmische variabelen hetzelfde systeem zijn dat cyclisch ondergaat afleveringen, "zegt Drake.
Voor Shara is de openbaring nog meer verheugend. Al 30 jaar zoekt hij naar fysiek bewijs voor zijn hypothese dat binaire systemen in een staat van evolutie bestaan, zoals 'vlinders en rupsen'. Nadat hij op een iets andere locatie had gekeken dan hij had verwacht, vond hij uiteindelijk - of liever: herontdekt - deze witte dwerg, zittend in zijn nova schelp. En met de glazen platen van DASCH - die door Harvard-astronomen en 'computers' al 100 jaar werden gebruikt om de lucht te fotograferen - zag Shara dezelfde ster door dwerg-nova-uitbarstingen (die momenten van flikkerende helderheid) gaan in 1934, 1935 en 1942.
Voor deze ontzagwekkende ontdekking zijn we dank verschuldigd aan de koninklijke waarnemers in opdracht van de Koreaanse koning Sejong, die regeerde van 1418 tot 1450 en 'een van de beste astronomische observatoria ter wereld' heeft gebouwd, schrijft Joseph Needham in The Hall of Heavenly Records: Korean Astronomical Instruments and Clocks . Naast het bouwen van meerdere observatoria en astronomische instrumenten (waaronder een revolutionaire zelf opvallende waterklok), hebben de koninklijke astronomen ook nauwkeurig genoeg observatie van de maan, de zon en vijf planeten gemaakt om voorspellingen te doen over hun toekomstige bewegingen in 1442.
Het boek waarin deze observaties en voorspellingen zijn vastgelegd, Chilijeongsan (Calculations of the Seven Luminaries), is 'bewijs van de Koreaanse astronomie op het hoogste niveau in de hedendaagse wereld', schrijft historicus Park Seong-Rae in Science and Technology in Korean History: Excursions, Innovaties en problemen . Dit is ook niet de eerste keer dat moderne astronomen hebben geprofiteerd van de zorgvuldige berekeningen van vroege sterrenkijkers. Oude volkeren die de zons- en maansverduisteringen in Azië en het Midden-Oosten monitoren, hebben de basis gelegd voor toekomstige wetenschappelijke vooruitgang, meldt Maya Wei-Haas voor Smithsonian.com .
Maar hoewel we een grote vraag over de levenscyclus van novae hebben ontrafeld, gelooft Shara dat er meer moet worden verlicht. “Gaat een van deze systemen in de diepste fasen van de winterslaap, waar de massaoverdrachtssnelheid duizenden keren minder wordt of misschien zelfs tot nul daalt? Is er een tijd dat de sterren geen interactie hebben? Dat is een onbekende, 'zegt hij. Het enige dat we nu weten is dat de cyclus - nova, winterslaap, cataclysmische variabele - zichzelf duizenden keren herhaalt gedurende de lange levensduur van het binaire systeem.
Aan het einde van die levenscyclus verliest de kannibaliseerde waterstofster uiteindelijk zijn sterstatus. "Het wordt een bruine dwerg, dan een planeet, dan de rotsachtige kern van een planeet, dan wordt het waarschijnlijk versnipperd in een asteroïdengordel, " zegt Shara.
Hoewel Shara van plan is om de hemel te blijven observeren voor meer bewijs van wat er komt voor binaire systemen, vermoedt hij dat meer van zijn collega's in het verleden zouden gaan graven om novae te achtervolgen. Drake lijkt bijvoorbeeld de handschoen op te nemen. "Ik weet niet hoeveel er op de loer liggen, maar ik weet zeker dat er meer voorbeelden in archieven zijn die kunnen worden opgevolgd", zegt Drake, die niet bij de studie was aangesloten. Hij voegt eraan toe dat, hoewel exoplaneten het leeuwendeel van de aandacht van het publiek zouden kunnen trekken, novae en cataclysmische variabelen echt waar het plezier is.
"Sterrenevolutie en de fysica van hoe sterren op elkaar inwerken en explosiedynamiek - het zijn echt fascinerende systemen om te verkennen, " zegt hij.
