Nieuwe Inzichten in de Mysterieuze Uitbarstingen van Gele Hyperreuzen
Brussel, 17 februari 2025 – Een recent vijfjarig onderzoek heeft nieuwe inzichten opgeleverd omtrent de eigenschappen van de Gele Hyperreuzen, een soort zware sterren bekend om hun sterke uitbarstingen. Wetenschappers onderzochten Rho Cassiopeiae (Rho Cas), HR 8752 en HR 5171A, en ontdekten dat Rho Cas ongeveer elke 10 tot 40 jaar uitbarstingen vertoont met grote temperatuursschommelingen aan het oppervlak. Alex Lobel van de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB) werkte mee aan deze internationale studie waarin historische gegevens verzameld over 138 jaar werden gecombineerd. De resultaten die vandaag gepubliceerd worden in het vaktijdschrift Astronomy and Astrophysics tonen aan dat krachtige sterpulsaties deze enorme uitbarstingen veroorzaken. Het onderzoek levert ook een beter begrip op van de snelle evolutie van Gele Hyperreuzen en hun mogelijke transformatie in Lichtkrachtige Blauwe Variabele sterren enerzijds, of supernova-explosies anderzijds.
Gele Hyperreuzen
Hyperreuzen behoren tot de zwaarste en meest lichtkrachtige sterren in onze Melkweg. Ze vertonen herhaaldelijk zware uitbarstingen die astronomen al decennia lang verbazen. Belangrijke sterren van deze klasse zijn Rho Cassiopeiae, HR 8752 en HR 5171A. Ze bevinden zich in de laatste fasen van hun snelle evolutie en bieden unieke inzichten in de levensloop van zeer zware sterren met oppervlaktetemperaturen vergelijkbaar met onze zon, maar die tot een half miljoen keer zo lichtkrachtig kunnen zijn.
Hertzprung-Russell-diagram waarin de temperaturen van sterren (horizontale as) zijn uitgezet ten opzichte van hun lichtkracht (verticale as, gemeten ten opzichte van de zon in dit diagram). De positie van een ster in het diagram geeft informatie over zijn huidige evolutiefase en massa. Sterren die waterstof verbranden tot helium liggen op de diagonale tak, de zogenaamde hoofdreeks waar de zon deel van uitmaakt. Als een ster alle waterstof heeft verbruikt, verlaat hij de hoofdreeks en wordt hij een rode reus, superreus of hyperreus, afhankelijk van zijn massa. Sterren met de massa van de zon die al hun brandstof hebben opgebrand, evolueren uiteindelijk naar een witte dwerg (linksonder). Sommige gele superreuzen evolueren tot Lichtkrachtige Blauwe Variabelen, hetere hyperreuzen met vergelijkbare lichtkracht. Beeld door: ESO (geannoteerd door L. B. S. Pham).
De studie van hyperreuzen gunt astronomen een zeldzame blik in het leven van zware sterren. Zo krijgt men een beter inzicht in hun korte levensfase vlak voor ze eindigen in een supernova-explosie. Anderzijds kunnen deze extreme sterren ook evolueren tot een andere klasse van warmere hyperreuzen, de Lichtkrachtige Blauwe Variabelen. Deze transformatie treedt op wanneer de Gele Hyperreuzen versneld evolueren doorheen het zgn. Gele Evolutionaire Gat in het Hertzsprung-Russell-diagram, waarin de temperatuur van de ster geplot wordt tegenover zijn helderheid. De uitbarstingen en pulsaties van Gele Hyperreuzen helpen astronomen om hun theoretische modellen van de vergevorderde stadia in de evolutie van zware sterren te verbeteren en de fysica van de terugkerende uitbarstingen te achterhalen.
Internationaal Team
De nieuwe studie werd de afgelopen 5 jaar uitgevoerd door een internationaal team van wetenschappers in Nederland (Universiteit Leiden), België (KSB) en het Verenigd Koninkrijk (Universiteit van Durham). Ook amateurastronomen uit verschillende andere landen leverden waardevolle gegevens. Het team concentreerde zich voornamelijk op Rho Cas, een van de best bestudeerde hyperreuzen (die bovendien ook zichtbaar is met het blote oog) en analyseerde de veranderingen van zijn helderheid over een lange periode van 1885 tot 2023. Deze uitgebreide verzameling aan gegevens stelde hen in staat de uitzonderlijke fysische eigenschappen te onderzoeken, zoals het ontstaan en de ontwikkeling van drie grote uitbarstingen waargenomen in 1986, 2000 en 2013.
Impressie van de Gele Hyperreus Rho Cassiopeiae waarrond zich gasschillen vormen als gevolg van terugkerende uitbarstingen die in de afgelopen 130 jaar werden waargenomen. Beeld door: Alex Lobel. Bron: https://brass.heliohost.org/alobel/rhocas/RhoCasArt2025.png
De langetermijnwaarnemingen laten een fascinerend patroon zien: Rho Cas vertoont ongeveer elke 10 tot 40 jaar terugkerende atmosferische erupties, met telkens een grote schommeling van de oppervlaktetemperatuur tussen 4500 en 7500 °C. De nieuwe waarnemingen bieden een unieke kans om een zeer zware ster te onderzoeken tijdens zijn snelle evolutie.
Uitbarstingen van Hyperreuzen
Het onderzoeksteam heeft voor het eerst nauwkeurige kalibraties van de temperatuur berekend op basis van betrouwbare spectroscopische gegevens gecombineerd met fotometrische waarnemingen tussen 1962 en 2020. Dankzij deze nieuwe methode is een nauwkeurigere analyse van deze extreme sterren mogelijk, vooral van het dynamisch gedrag van hun enorme atmosferen (de diameter van een Gele Hyperreus is 400 tot 700 keer die van de zon).
Een videoclip (animatie) van één minuut over de Gele Hyperreus Rho Cassiopeiae kan je hier bekijken in het Nederlands, Engels en Frans. Beeld: Alex Lobel (gedeeld onder een licentie CC BY—NC-SA 4.0 Internationaal). Bron: https://brass.heliohost.org/alobel/pressrel2025.html
Uit het onderzoek blijkt dat de pulsaties van Rho Cas intenser worden wanneer een eruptie nadert. De pulsatieperioden in de V-band (of zichtbare) helderheidskromme van hyperreuzen worden langer en de pulsatie-amplitudes nemen toe in de jaren voor een uitbarsting. Dit wijst erop dat sterke radiële pulsaties een cruciale rol spelen bij het veroorzaken van de terugkerende uitbarstingen. Dit gebeurde de afgelopen 138 jaar zes keer met tussenpozen van 10, 41, 40, 14 en 13 jaar. Volgens Dr. Lobel, co-auteur van deze studie: ‘Het is de eerste keer dat er een grondig onderzoek werd gedaan met vrijwel alle beschikbare historische gegevens van Rho Cas die we uit de literatuur hebben verzameld en die ver teruggaan tot in de 19de eeuw. Bovendien konden we ze combineren met nieuwe waarnemingen, waaronder waardevolle bijdragen van amateurastronomen.’
De studie onderzocht ook twee andere belangrijke Gele Hyperreuzen, HR 8752 en HR 5171A. HR 8752 bleek na 1996 een blauwwaartse evolutie door te maken waarbij zijn zichtbare helderheid tussen 2017 en 2023 vrijwel constant bleef. HR 5171A hervatte zijn pulsatiepatroon begin 2018 na een periode van een geleidelijke afname in helderheid.
De nieuwe studie en waarnemingen verschaffen nieuwe inzichten in de snelle evolutie van Gele Hyperreuzen. Dit verbetert niet alleen ons begrip van extreme sterren, zoals Rho Cas en zijn terugkerende uitbarstingen, maar draagt ook sterk bij aan de algemene kennis van Gele Hyperreuzen, hun variabiliteit en hun belang voor sterevolutie.
Publicatie
Astronomy & Astrophysics, 2025, 694, A136
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202449384
Titel:
Investigation of the pulsations, outbursts, and evolution of the Yellow Hypergiants: Rho Cas, HR 8752, HR 5171A, with notes on HD 179821
Auteurs:
M. van Genderen (1), A. Lobel (2), R. Timmerman (3, 4), E. R. Deul (1), A. Vos (1), H. Nieuwenhuijzen† (5), E. J. van Ballegoij (6), M. Sblewski (7), G. W. Henry (8), E. Blown (9), en G. Di Scala (10, 11)
Affiliaties:
(1) Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden, Einsteinweg 55, Postbus 2333 CC Leiden, Nederland
(2) Koninklijke Sterrenwacht van België, Ringlaan 3, 1180 Brussel, België
(3) Centrum voor Extragalactische Astronomie, Departement Natuurkunde, Durham University, Durham DH1 3LE, VK
(4) Instituut voor Computationele Kosmologie, Departement Natuurkunde, Durham University, South Road, Durham DH1 3LE, VK
(5) SRON Laboratorium voor Ruimteonderzoek, Sorbonnelaan 2, 3584 CA Utrecht, Nederland
(6) KNWS Werkgroep Veranderlijke Sterren, De Rogge 6, 5384 XD Heesch, Nederland
(7) Esschenstrasze 36 in 15344 Strausburg, Duitsland
(8) Tennessee State University, Nashville, TN, 37200, VS
(9) 20 Cambridge Terrace, Masterton 5810, Nieuw-Zeeland
(10) Carner Hill Observatory, 9 Joshua Moore Drive, Horningsea Park, 2171, Sydney, Australië, en Astronomical Association of Queensland, Brisbane, Australië.
(11) Astronomical Association of Queensland, Brisbane, Australia