Nieuw soort ster geeft aanwijzingen over mysterieuze oorsprong van magnetars, de sterkste magneten van het heelal

Een internationaal team van astronomen onder leiding van Tomer Shenar (Universiteit van Amsterdam) heeft voor het eerst een zware heliumster ontdekt met een sterk magnetisch veld. De onderzoekers vermoeden dat het een langgezochte voorloper is van een magnetar, een magnetische neutronenster. Ze publiceerden hun bevindingen in het vakblad Science. De Universiteit van Amsterdam maakte dat bekend in een persbericht.

Magnetars zijn de sterkste magneten in het heelal. Deze supercompacte uitgedoofde sterren met ultrasterke magnetische velden zijn overal in ons Melkwegstelsel te vinden, maar astronomen weten niet precies hoe ze ontstaan. Nu hebben onderzoekers, met behulp van diverse telescopen verspreid over de hele wereld een levende ster ontdekt die waarschijnlijk een magnetar zal worden. De ontdekking van dit nieuwe stertype – een zware magnetische heliumster – werpt licht op de oorsprong van zogeheten magnetars.

Hoewel de ster al meer dan honderd jaar wordt waargenomen, liet het raadselachtige karakter van HD 45166 zich niet eenvoudig verklaren met conventionele modellen en was er weinig meer over bekend dan dat hij deel uitmaakt van een dubbelster, veel helium bevat en enkele malen zwaarder is dan onze zon.

Zombiester

“Deze ster werd een beetje een obsessie voor mij”, zegt Tomer Shenar, astronoom aan de Universiteit van Amsterdam en hoofdauteur van een onderzoeksartikel over dit object dat in Science is gepubliceerd. “Tomer en ik noemen HD 45166 de zombiester”, zegt mede-auteur en ESO-astronoom Julia Bodensteiner, die in Duitsland werkt. “Dat is niet alleen omdat deze ster zo uniek is, maar ook omdat ik gekscherend opmerkte dat Tomer er zelf een zombie van wordt.”

Shenar, die eerder vergelijkbare heliumrijke sterren had bestudeerd, dacht dat magnetische velden de kwestie zouden kunnen oplossen. Bekend is namelijk dat magnetische velden het gedrag van sterren beïnvloeden en zouden kunnen verklaren waarom de gangbare modellen er niet in slaagden om HD 45166, die zich op ongeveer 3000 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Monoceros (Eenhoorn) bevindt, te karakteriseren. “Ik herinner me dat er een lampje bij me ging branden toen ik de bestaande literatuur doornam: Wat nou als de ster magnetisch is?”, zegt Shenar, die momenteel werkzaam is bij het Centrum voor Astrobiologie in Madrid, Spanje.

Chili

Shenar en zijn team namen zich voor om de ster te onderzoeken met verschillende faciliteiten over de hele wereld. De belangrijkste waarnemingen werden in februari 2022 gedaan met een instrument van de Canada-France-Hawaii Telescope dat magnetische velden kan detecteren en meten. Daarnaast maakte het team ook gebruik van belangrijke archiefgegevens die waren verzameld met de Fiber-fed Extended Range Optical Spectrograph (FEROS) van de ESO-sterrenwacht op La Silla in Chili.

Toen de waarnemingen eenmaal binnen waren, vroeg Shenar co-auteur Gregg Wade, een expert op het gebied van magnetische velden in sterren aan het Royal Military College of Canada, om de gegevens te bestuderen. Het antwoord van Wade bevestigde Shenars voorgevoel: “Nou, wat dit ding ook moge zijn – het is zeker magnetisch.”

Het team van Shenar had ontdekt dat HD 45166 een ongelooflijk sterk magnetisch veld heeft van 43.000 gauss, wat hem tot de meest magnetische zware ster maakt die ooit is gezien. “Het volledige oppervlak van de heliumster is even magnetisch als de sterkste door mensen gemaakte magneten“, licht mede-auteur Pablo Marchant, astronoom aan het Instituut voor Sterrenkunde van de KU Leuven in België, toe.

Allereerste zware magnetische heliumster

Deze waarneming betekent de ontdekking van de allereerste zware magnetische heliumster. “Het is fantastisch om een nieuw type astronomisch object te ontdekken”, zegt Shenar, “vooral als deze zich al die tijd recht voor onze neus bevond.”

Bovendien geeft het object aanwijzingen over de oorsprong van magnetars – compacte, uitgedoofde sterren die doorspekt zijn met magnetische velden die nog minstens een miljard keer sterker zijn dan die van HD 45166. De berekeningen van het team wijzen erop dat deze ster als magnetar zal eindigen. Terwijl hij onder zijn eigen zwaartekracht bezwijkt, zal zijn magnetische veld sterker worden, en verandert HD 45166 uiteindelijk in een uiterst compacte kern met een magnetisch veld van ongeveer 100 biljoen gauss – de krachtigste magneetsoort in het heelal.

Shenar en zijn team ontdekten ook dat HD 45166 een kleinere massa heeft dan eerder werd gemeld – ongeveer twee keer de massa van de zon – en dat het sterrenpaar op veel grotere onderlinge afstand om elkaar wentelt dan werd aangenomen. Bovendien wijst hun onderzoek erop dat HD 45166 is ontstaan uit de fusie van twee kleinere heliumrijke sterren. “Onze bevindingen geven een compleet nieuw beeld van HD 45166”, constateert Bodensteiner.