In tijden van haast en spoed is het goed om soms eens tot rust te komen. Bijvoorbeeld bij het lezen van een artikel over sterren die er ook een enigszins jachtig leven op na houden. De groepsnaam wegloopsterren klinkt misschien niet zo bijzonder, maar het is interessant om eens te kijken naar hun ontstaan, hun levensloop en hun... snelheden. In de literatuur wordt onderscheid gemaakt tussen wegloopsterren (runaway stars) en hogesnelheidsterren (high-velocity stars) en het onderscheid zit in het ontstaan. Hierna worden beide groepen sterren besproken en worden enkele voorbeelden gegeven.
Wegloopsterren
Een wegloopster is een jonge, hete ster die opvalt door de hoge snelheid waarmee hij door de ruimte reist. Deze sterren delen niet altijd de gemiddelde bewegingsrichting van sterren in het Melkwegstelsel, opgelegd door de rotatie van het Melkwegstelsel. Meestal zijn ze van spectraaltype O of B en ze komen dan ook uit zogenaamde OB-associaties (zie Guidestar oktober 2010). De helft van de gekende O- en B-sterren komen ook nog eens voor in dubbelsterren in zo’n associaties.
Over hun ontstaan bestaan twee (groepen) theorieën: een dubbelster met een component die een supernova werd of variaties op het thema dubbelster, maar dan zonder supernova. In een dubbelster waar een van de componenten een supernova wordt, valt de gravitatie van die ster plots weg. De overblijvende ster zet zijn gesloten baan (cirkel, ellips) om in een rechtlijnige beweging, met een snelheid die de oorspronkelijke baansnelheid benadert. Deze theorie werd in 1961 door de Nederlander Adriaan Blaauw (1914 - 2010) voorgesteld en werd in 1997 bewezen. Bij een dubbelster zonder supernova zijn er verschillende scenario’s. Een dubbelster kan gepasseerd worden door een andere ster die het paar verstoort of verschillende dubbelsterren kunnen elkaar beïnvloeden, waardoor een ster uit de groep wordt gestoten (door een gravitatieslinger).
Edward van den Heuvel (1940 - ) ontwikkelde evolutiemodellen voor OB-dubbelsterren. Door massaoverdracht tussen de twee OB-sterren kan een wegloopster ontstaan die vergezeld wordt door een compacte begeleider (neutronenster of zwart gat). Begin 1997 kon een team rond Lex Kaper (ESO) aantonen dat Vela X-1 een röntgenpulsar is, begeleid door een OB-ster (HD77581). De schokgolf die bij het systeem werd waargenomen was een aanwijzing voor de hoge snelheid. Als de bewegingsrichting werd ‘teruggespoeld' kwam het paar midden in de OB-associatie Vel OB1 terecht. Dit is een sterk bewijs voor de supernovatheorie. Volgens de snelheid van 90 km/s en de huidige afstand, vertrok het paar daar ongeveer 2,5 miljoen jaar geleden. Resultaten van het onderzoek van het team rond Kaper verschenen begin 1997 in het Astrophysical Journal.
Volgens theorieën kunnen er ook wegloop-zwarte gaten bestaan. Het is een zwart gat dat niet meer in het centrum voorkomt van het sterrenstelsel waarin hij ontstond. Ze ontstaan vermoedelijk door de botsing van sterrenstelsels en de samensmelting van de zwarte gaten in de kernen. De versmelting van zwarte gaten is een complex gebeuren dat kan resulteren in één zwart gat dat zijn oorspronkelijke verblijfplaats verlaat – het kreeg een zetje.
De vier bekendste wegloopsterren zijn Mu Columbae, AE Aurigae en 53 Arietis enerzijds en Naos anderzijds. Uit de snelheden en richtingen waarin de eerste drie bewegen kon worden afgeleid dat ze zo’n 2,5 miljoen jaar geleden uit een gemeenschappelijk gebied in het sterrenbeeld Orion werden weggeslingerd. A. Blaauw en W. W. Morgan schreven al in 1954 een artikel over de bewegingen van AE Aur en Mu Col ten opzichte van de Orionnevel in het Astrophysical Journal. Merk dus op dat deze sterren zelfs niet meer in Orion voorkomen, maar in sterrenbeelden in de buurt (Auriga, Aries en Columba).
Naos (ook Zeta Ophiuchi) heeft een gigantische schokgolf voor zich, zichtbaar in infrarode straling en niet in zichtbaar licht. Het wordt veroorzaakt door de inwerking van de ultraviolette straling die de ster uitzendt op het stof in de omgeving en ook door de beweging van de ster door het stof. De ster is een hete, heldere blauwe ster die in zichtbaar licht zwak en rood lijkt. De ster heeft een leeftijd van ongeveer 4 miljoen jaar en een massa van 20 zonsmassa’s. Hij is weggeslingerd door een supernova en reist door de ruimte aan 24 km/s. Hij zal ook als een supernova eindigen.
Hogesnelheidsterren
Hogesnelheidsterren zijn oude sterren die niet de bewegingsrichting van de meeste sterren in het Melkwegstelsel delen. Ze reizen in elliptische banen in het Melkwegstelsel of zelfs op een baan die het Melkwegstelsel verlaat. Deze sterren worden soms ook halosterren genoemd, naar hun voorkomen in de halo rond het Melkwegstelsel. In Engelse literatuur worden ze soms ook, met enige zin voor dramatiek, exiled stars genoemd. Hogesnelheidssterren worden steeds interessanter om de mechanismen in verband met zwarte gaten te onderzoeken en bieden de mogelijkheid om de structuur van het Melkwegstelsel te onderzoeken. Men kan door de beweging van de ster en zijn invloed op de omgeving informatie verzamelen over de interstellaire materie in de buurt van de ster. Sterrenkundigen schatten dat er elke 100.000 jaar een ster uit het Melkwegstelsel ontsnapt en dat er momenteel 1.000 hogesnelheidssterren zich ‘naar buiten’ begeven.
Ze ontstaan wanneer een dubbelster in de buurt van het superzwaar zwart gat in het centrum van het Melkwegstelsel passeert. Een complexe wisselwerking zorgt ervoor dat een van de sterren door het zwart gat wordt gevangen (niet noodzakelijk wordt opgeslokt) en de andere ster weggeslingerd wordt. Het bestaan van hogesnelheidsterren werd voorgesteld door Jack G. Hills in 1988. De eerste is ontdekt in 2005. Een andere theorie stelt dat het sterren zijn van een dwergsterrenstelsel dat met het Melkwegstelsel botste. Een team van het Smithsonian Astrophysical Observatory voerde een gericht onderzoek naar hogesnelheidsterren uit en rapporteerde in 2006 in de Astrophysical Journal Letters. Ze bestudeerden de eerste vijf ontdekte exemplaren, waaronder SDSS J091301.0+305120 en SDSS J091759.5+672238 (SDSS = Sloan Digital Sky Survey), en vonden geen bewijs voor een toename in het ontstaan van dergelijke sterren door een verhoogde instroom van dubbelsterren naar het zwart gat. Hogesnelheidsterren worden als van nature gevormd in het centrum van het Melkwegstelsel. Met een superzwaar zwart gat en veel dubbelsterren in het gebied, zijn alle ingrediënten voor dergelijke sterren aanwezig.
Er bestaan ook neutronensterren die snel door de ruimte reizen, maar die zijn niet verwant met hogesnelheidsterren of de mechanismen die ze veroorzaken. De hoge snelheid komt waarschijnlijk van de asymmetrische explosie, die een supernova is, en die aan hun ontstaan voorafgaat. De neutronenster RX J0822-4300 (Megan Watzke – 28/11/2007) reist met een snelheid van 1.500 km/s (5,4 miljoen km/h) ten opzichte van zijn omgeving (een tweehonderdste van de lichtsnelheid).
De eerste die werd ontdekt was SDSS J090744.99+024506.8 (ook SDSS 090745.0+024507 of de Outcast Star). De ontdekking met de Multiple Mirror Telescope in het sterrenbeeld Waterslang gebeurde door een team rond Warren R. Brown (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics). De afstand is ongeveer 231.000 lichtjaar en zijn snelheid is ongeveer 850 km/s (3,06 miljoen km/h). Dat is het dubbele van de ontsnappingssnelheid van het Melkwegstelsel. Momenteel zijn er zestien bekend en één ervan, HE 0437-5439, zou uit de Grote Magelhaense Wolk afkomstig zijn. Alle gekende exemplaren staan verder van ons dan 160.000 lichtjaar en zijn niet meer gravitationeel gebonden door het Melkwegstelsel.
Ook de Ster van Kapteyn, een van de meest nabije sterren op een afstand van slechts 12,8 lichtjaar, is een hogesnelheidsster. De ster is een stuk kleiner en koeler dan de Zon. Hij beweegt tegengesteld aan de richting van de Zon en andere sterren in de buurt.
Met de Hubble Space Telescope is in 2006 een zware, hete, blauwe wegloopster waargenomen in 30 Doradus (Tarantulanevel) , het viel op dat de ster ver van alle sterrenhopen in de buurt stond. De ster, 30 Dor #016, is 90 zonsmassa's zwaar. Hij reist met een snelheid van 400.000 km/h door de ruimte. Hij is maximaal 2 miljoen jaar oud en is in die tijd mogelijk al 375 lichtjaar van zijn geboorteplaats in de sterrenhoop R136 verwijderd. Mogelijk is hij uit een groep sterren geschoten door sterren die nog zwaarder zijn. In eerdere opnamen van de ster door de HST werd in zichtbaar licht, bij nadere inspectie van de oude foto’s (1995), een holte ontdekt rond de ster. De ster zal zelf over zo’n 500.000 jaar een supernova worden. In het gebied zijn mogelijk nog twee zeer hete, massieve sterren aan 30 Dor aan het ontsnappen. Over het onderzoek van de ster verscheen op 5/05/2010 een artikel in de online versie van de Astrophysical Journal Letters.
De twee nieuwste ontdekkingen van hogesnelheidssterren zijn ook relatief kortlevende sterren, met een massa van viermaal die van de Zon. SDSS J091301.0+305120 is te vinden in de Grote Beer, heeft een snelheid van 558 ± 12 km/s (2 miljoen km/h) en hij zal het Melkwegstelsel verlaten. De afstand tot de ster is 244.500 lichtjaar. De andere is SDSS J091759.5+672238, die te vinden is in de Kreeft. Hij staat op een afstand van 179.300 lichtjaar en heeft een snelheid van 638 ± 12 km/s (2,3 miljoen km/h).
In 2004 werd geopperd dat Arcturus, de met het blote oog zichtbare witte ster in de Ossenhoeder, waarschijnlijk is ontstaan in een ander sterrenstelsel en pas na een lange zwerftocht in het Melkwegstelsel is terechtgekomen.
Toekomst
Er staan nog projecten op stapel, soms al deels in uitvoering, die heel veel sterren in het Melkwegstelsel zullen bestuderen. Die projecten, zoals Gaia, Pan-Starrs en de Space Interferometry Mission, zullen ongetwijfeld nog veel boeiende ontdekkingen opleveren in dit onderzoeksgebied.
