3D-simulaties werpen nieuw licht op verschillen tussen planetaire nevels
Met behulp van 3D-spiraalpatronen zijn wetenschappers erin geslaagd de vorming van planetaire nevels na te bootsen. De simulaties leveren kennis op over de effecten van jets en binaire sterren op deze gaswolken.
Collage van verschillende planetaire nevels met realistische verhoudingen. De kleuren zijn toegevoegd, maar de vormen zijn correct weergegeven.
Je hebt er vast wel eens foto’s van gezien: planetaire nevels, de prachtig gekleurde wolken waarvan vooral de Hubble-ruimtetelescoop al tientallen jaren beelden naar de aarde stuurt.
Planetaire nevels kregen hun enigszins misleidende naam in de 18e eeuw, toen ze er door kleine optische telescopen uitzagen als enorme planeten.
Planetaire nevels zijn in feite gaswolken van ingestorte rode reuzen, en hebben dus weinig met planeten te maken.
Elk nevelpatroon is uniek, en astronomen hebben zich lang afgevraagd hoe de nevels precies ontstaan.
Nu heeft een team Spaanse en Mexicaanse astronomen van het instituut voor kernwetenschappen van de Universidad Nacional Autonoma de Mexico simulaties gemaakt die ons dichter bij het antwoord kunnen brengen.
In een artikel op onderzoeksplatform arXiv, dat nu onder peer review is, zetten ze uiteen hoe ze een serie 3D-simulaties van planetaire nevels maakten om te begrijpen hoe die in zo veel verschillende patronen kunnen ontstaan.
Resten van gas van een ster
Als een ster alle waterstof in zijn kern heeft opgebruikt, fuseert het helium en zwelt hij op tot een rode reus. Als ook het laatste restje helium op is, wordt hij een witte dwerg.
Tijdens dit proces stoot de ster veel van zijn materie af als gas, waardoor een planetaire nevel ontstaat die gloeit door de straling van de witte dwergster.
Deze beelden van planetaire nevels illustreren het grote verschil tussen de vormen. Het zijn gecombineerde foto’s van de Hubble-ruimtetelescoop en het Chandra X-Ray Observatory.
De kleuren op de telescoopbeelden zijn echter niet de kleuren die je met het blote oog zou zien. Speciale telescopen kunnen de kleuren registreren, maar ze worden kunstmatig versterkt, zodat wij ze kunnen zien.
In het artikel gaat het echter niet om de kleuren, maar om de vormen. De onderzoekers wilden weten waarom de nevels zo verschillend zijn en hoe binaire sterren hun vorm beïnvloeden.
Veel sterren hebben een binaire metgezel, en de twee sterren trekken elkaar aan door middel van zwaartekracht. Wanneer een van die sterren een planetaire nevel wordt, draagt de binaire ster eraan bij.
Planetaire nevel gesimuleerd
Dit effect bootsten de onderzoekers na in hun simulaties.
Om precies te zijn, keken ze naar 3D-spiraalpatronen in een planetaire nevel die nog niet zijn definitieve vorm heeft.
De onderzoekers maakten de 3D-spiraalpatronen in computersimulaties om de fysieke omstandigheden tijdens de vorming van een planetaire nevel na te bootsen. Hier krijgt de nevel zijn ringvorm doordat een binaire ster de vorm van het gas beïnvloedt tijdens een baan van 558-jaar. De invloeden zijn te zien in intervallen van 100 jaar.
Om de planetaire nevels na te bootsen, gebruikten de wetenschappers zogeheten 3D-stralingshydrodynamische simulaties, die 3D-spiraalpatronen kunnen nabootsen.
Door de fysieke omstandigheden van de zwaartekrachtsrelatie van binaire sterren te imiteren, met de reacties die de stoffen in een planetaire nevel onder deze omstandigheden zouden hebben, konden ze de vorming ervan bestuderen.
Vervolgens vergeleken ze de simulaties met eerdere waarnemingen om te zien of ze overeenkwamen, en dat deden ze.
Het bleek dat de omlooptijd van de binaire metgezel een sterk effect heeft op de vorm van de nevel. De metgezel beïnvloedt de spiralen in de nevel, wat een ringvorm oplevert.
Maar de onderzoekers namen ook waar dat stralen van de witte dwerg in het binnenste van de planetaire nevel de spiralen versterken en uitrekken.
De resultaten ondersteunen dus eerdere hypotheses, en voordat we de vorming van een planetaire nevel kunnen observeren, zullen we het hiermee moeten doen.