En de meeste dubbelsterren bestaan uit sterren die – ondanks dat ze vaak ontzettend ver van elkaar verwijderd liggen – vrijwel identiek zijn.

Onderzoekers hebben met behulp van de ruimtetelescoop Gaia een nieuwe 3D-kaart van het heelal gemaakt. Op deze unieke kaart pronken maar liefst 1,3 miljoen dubbelstersystemen binnen een afstand van ongeveer 3.000 lichtjaar van de aarde. Het is een prachtige verzameling. Want het verschaft astronomen een nieuw inkijkje in de populatie stellaire tweelingen die zich in de ruimte nabij onze eenzame zon ophouden.


Ga in deze video mee op reis door het Melkwegstelsel en vlieg langs de meer dan 1,3 miljoen dubbelstersystemen.


Dubbelsterren
De nieuwe kaart, gepubliceerd in het vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, breidt onze kennis van de hoeveelheid en de diversiteit aan dubbelsterren drastisch uit. Vóór Gaia omvatte de laatste compilatie van nabije dubbelsterren, samengesteld met behulp van de inmiddels ter ziele gegane Hipparcos-satelliet, ongeveer 200 waarschijnlijke paren. Nu hebben we er 1,3 miljoen in beeld, ofwel 2,6 miljoen afzonderlijke sterren. “Dit is een enorme toename,” aldus onderzoeker Kareem El-Badry, maker van de nieuwe kaart. “Bovendien zien we ook een toename in de verschillende evolutionaire fasen waarin de dubbelsterren zich bevinden. In onze steekproef hebben we bijvoorbeeld alleen al 17.000 witte dwergen aan het licht gebracht.”

Dankzij de studie beschikken we nu over een veel uitgebreidere kaart van de hoeveelheid dubbelsterren. Hierdoor kunnen astronomen ook de evolutie van dubbelsterren en sterren in het algemeen beter begrijpen. Afbeelding: Kareem El-Badry

Witte dwergen zijn restanten van zonachtige sterren. Ze hebben een extreem grote dichtheid en zijn gedoemd om af te koelen en aan helderheid in te leveren. Ook onze zon zal over vijf miljard jaar eindigen als een compacte witte dwerg. Dankzij de nieuwe kaart hebben we nu een beter beeld van de populatie-omvang van witte dwerg-stelletjes. Zo vinden we op de kaart 1.400 systemen terug die bestaan uit twee witte dwergen en 16.000 dubbelsterren die bestaan uit een witte dwerg en een ander type ster. De overgrote meerderheid van de in totaal 2,6 miljoen individuele sterren, bevinden zich echter nog in de bloei van hun leven. “In onze catalogus zijn ongeveer vijftien systemen opgenomen die er als volgt uitzien: ster + planeet + witte dwerg,” vertelt El-Badry. “Er zijn ook enkele honderden systemen die bestaan uit een ster + planeet + nog een ster. Die zijn mogelijk ook interessant, omdat in sommige gevallen de andere ster iets dynamisch met de planeet kan doen.”

Identiek
Wat vooral opvalt aan de nieuwe kaart, is dat de meeste dubbelsterren bestaan uit sterren die – ondanks dat ze vaak ontzettend ver van elkaar verwijderd liggen – vrijwel identiek zijn. Ze lijken qua massa sterk op elkaar. “Binaire systemen zijn graag eeneiige tweelingen,” stelt El-Badry. “Dat is echt raar, want de meeste zijn gescheiden door honderden of duizenden AU (Astronomische Eenheid , de afstand aarde-zon, red.). Dit zou volgens conventionele theorieën moeten betekenen dat hun massa volledig willekeurig is. Maar de gegevens vertellen een ander verhaal: ze weten iets van de massa van hun metgezellen.” Hoe dat kan? Een mogelijke verklaring is dat de sterren ooit veel dichter bij elkaar in de buurt gevormd zijn waarbij hun massa evenredig werd verdeeld. Vervolgens zijn ze uit elkaar gemigreerd, misschien vanwege interacties met andere nabije sterren.


Zoeken naar dubbelsterren
Het in kaart brengen van dubbelsterren is nog een behoorlijke uitdaging. Toen ruimtetelescoop Gaia in 2013 door de Europese Ruimtevaartorganisatie werd gelanceerd, konden er alleen dubbelsterren opgespoord worden door te zoeken naar sterren die dicht bij elkaar aan de hemel schitteren. Dit kan echter lastig zijn, omdat sterren die zich vanaf de aarde ogenschijnlijk dicht bij elkaar bevinden, in werkelijkheid honderden tot duizenden lichtjaren van elkaar verwijderd kunnen zijn. Het uitsluiten van deze toevallige uitlijning en het bevestigen dat twee kandidaten zich daadwerkelijk op dezelfde afstand bevinden en samen bewegen, kost enorm veel tijd. De onderzoekers ontwikkelden dan ook nieuwe computertechnieken om sterren te identificeren die samen door de ruimte en op dezelfde afstand van de aarde bewegen.

Meer over Gaia
Eind 2013 werd ESA’s Gaia-satelliet gelanceerd en had een duidelijk doel voor ogen: de positie, afstand en bewegingen van miljarden sterren vastleggen, met een betere nauwkeurigheid dan ooit tevoren. De ruimtetelescoop opereert in een baan om het zogenoemde tweede Lagrangepunt, op een slordige 1,5 miljoen kilometer van de aarde. Op dit tweede Lagrangepunt zijn de zwaartekrachten tussen de aarde en de zon in evenwicht, waardoor de telescoop in een stabiele positie blijft en op lange termijn vrijwel onbelemmerd zicht heeft op de nachtelijke hemel. Zoals gezegd zijn de metingen heel nauwkeurig; Gaia is zo gevoelig dat de telescoop zelfs de groei van een mensenhaar op de maan zou kunnen meten!

Wide-binaries
Het team richtte zich voornamelijk op zogenoemde ‘Wide-binaries’; dat zijn dubbelsterren die zich op een afstand van zo’n 10 AU van elkaar bevinden. Sterren dichterbij dan dat verschijnen meestal als één lichtpunt aan de hemel en dus lastiger van elkaar te onderscheiden. Het onderzoek leidde tot een interessante ontdekking. “Ongeveer de helft van alle zonachtige sterren zijn dubbelsterren,” vertelt El-Badry. “Veel ervan staan te dicht bij elkaar in de buurt om ze van elkaar te onderscheiden. Maar we zien dat ongeveer 25 procent van alle zonachtige sterren een dubbelster heeft op een afstand van 30 AE; ongeveer de afstand tot Pluto. De distributie piekt op een afstand van 30 of 50 AU.” Sommige paren zijn maar liefst een parsec van elkaar gescheiden – 260.000 AU of 3,26 lichtjaar – hoewel de meeste binnen 1.000 AU van elkaar verwijderd zijn.

El-Badry is van plan om zich in de toekomst verder toe te leggen op de dubbelstersystemen die uit twee witte dwergen bestaan. Dat komt omdat het makkelijker is om de precieze leeftijd van witte dwergen te achterhalen dan van gewone sterren. Normale sterren kunnen er namelijk miljarden of zelfs tientallen miljarden jaren hetzelfde uitzien, terwijl witte dwergen veranderen. En aangezien binaire paren tegelijk geboren worden, vertelt de leeftijd van een witte dwerg ook iets over de leeftijd van planeten rond sterren. Zo hebben de onderzoekers onlangs nog Gaia-gegevens gebruikt om de leeftijd van een gasreus te schatten die door planetenjager TESS werd ontdekt rond een witte-dwerg-paar. Die exoplaneet, TOI-1259Ab genaamd, bleek ongeveer 4 miljard jaar oud te zijn, gebaseerd op de leeftijd van de witte dwerg. En op die manier hopen de onderzoekers nog veel meer leeftijden aan sterren en planeten toe te kennen.

Wist je dat…

… Giaia ondertussen al heel wat sterren heeft geobserveerd? In 2016 kwamen onderzoekers met de eerste dataset op de proppen. Deze bevatte de afstanden en bewegingen van twee miljoen sterren. In 2018 volgde de tweede dataset, waarin de 3D-posities, 2D-bewegingen, de helderheid en kleur van meer dan 1,3 miljard sterren werd onthuld. Eind 2020 presenteren de onderzoekers de laatste gegevens van Gaia. De telescoop tuurde naar 300.000 sterren die zich binnen 326 lichtjaar afstand van de zon bevinden. En met deze nieuwe dataset erbij, weten we nu heel nauwkeurig waar bijna 2 miljard sterren zich in onze Melkweg ophouden.