Het licht van zware sterren

Telescoop lenen? Dat kan!
Het Anton Pannekoek Instituut en de Openbare Bibliotheek van Amsterdam zijn een paar jaar geleden gestart met de uitleen van de eerste Nederlandse Bibliotheektelescoop. De telescoop, een draagbare Dobson-telescoop met een 11 cm spiegel, kan gratis worden geleend door OBA-leden van 18 jaar en ouder. De uitleenperiode is drie weken. Bij de sterrenkijker zitten een zoomlens, handleiding en een lijst met objecten die zelfs in lichtvervuild Amsterdam zichtbaar zijn.

Sterrenwinden
Haar fascinatie leidde uiteindelijk tot een promotieonderzoek naar de allerzwaarste sterren, sterren die meer dan 100 keer zo zwaar zijn als onze zon. Het onderzoek concentreerde zich op een specifieke groep in de Tarantulanevel in het nabije sterrenstelsel de Grote Magelhaense Wolk, en dan vooral op de stercluster R136. In het hart van deze cluster bevinden zich drie uitzonderlijk zware sterren: R136a1, R136a2 en R136a3. Sarah: ‘Die sterren zijn zo extreem dat ze het licht van de hele cluster domineren. Zware sterren kunnen zo helder zijn dat het licht dat in het binnenste van zo’n ster ontstaat de buitenste lagen van de ster wegduwt. Het gevolg hiervan is dat de buitenste lagen de ster verlaten; deze stroom van weggeblazen gas heet een ‘sterrenwind’. De sterrenwinden zijn niet gelijkmatig, maar bestaan uit klonterige structuren van gas.’ Sarah onderzocht hoe deze klontering invloed heeft op het licht dat we van de sterren ontvangen, dus op het spectrum. ‘Als je de klontering niet meeneemt, maak je een verkeerde berekening van de massa die een ster verliest in de loop van zijn leven. En dat is cruciaal, want de massa beïnvloedt onder andere wat voor restobject een ster achterlaat: een zwart gat, een neutronenster, of niets.’

Regenboog met streepjes
Om dit te onderzoeken gebruikt ze spectra – het uit elkaar getrokken licht van een ster – en vergelijkt ze die met modellen. ‘Je krijgt dan iets wat lijkt op een regenboog met streepjes erin. Elk streepje vertelt je iets over de eigenschappen van de ster: de temperatuur, de samenstelling, hoeveel gas er is.’ Voor haar analyses maakt Sarah gebruik van gegevens van de ruimtetelescoop Hubble. ‘De data die ik analyseerde zijn in 2012 verzameld. Pas jaren later waren ze volledig gekalibreerd en bruikbaar.’

Wat ze ontdekte: R136a1 begon zijn leven met een massa van minstens 300 keer die van de zon. Inmiddels is dat door sterrenwinden gedaald naar ongeveer 240. ‘Dat massaverlies is enorm. En als je dat goed wilt begrijpen, moet je precies weten hoe klonterig die wind is.’

Heelal
Waarom wil je dat allemaal goed begrijpen, waarom is het onderzoek naar zware stenen belangrijk? Sarah: ‘Zware sterren zijn zeldzaam, maar heel belangrijk voor verschillende processen, onder andere voor het maken van metalen (koolstof en zuurstof vallen daar in de sterrenkunde ook onder, en ijzer). Een groot deel daarvan wordt in zware sterren gemaakt. Dus ook in het vroege heelal zijn die zware sterren een van de bronnen van de verrijking van het heelal met metalen geweest. Als je snapt hoe die sterren werken kun je begrijpen waar koolstof, ijzer en zuurstof vandaan komen. Dus dat is één reden. Een andere: ze hebben heel sterke straling en ze blazen gas van zich af en daarmee beïnvloeden ze hun omgeving. Zo hebben ze ook invloed op hoe het heelal zich heeft ontwikkeld in de loop der tijd.’

Sarah benadrukt dat ze slechts een stukje van de puzzel oplost. ‘Ik weet veel van deze sterren en hun spectra, maar ik weet bijvoorbeeld weinig van de geboorte van sterren, of van kosmologie. Mijn werk helpt wel anderen om betere simulaties te maken van hoe het heelal zich heeft ontwikkeld.’

Kunstenaar
Ze noemt zichzelf een nerd – met een knipoog – maar tekent en schildert ook graag, en ontwierp samen met haar zus de omslag van haar proefschrift. (‘Als ik niet de wetenschap was ingegaan, was ik misschien wel kunstenaar geworden…’) Ze woont in Amsterdam met haar man en dochtertje, en werkt vier dagen per week. ‘Veel wetenschappers reizen de wereld over, maar ik blijf liever hier. Mijn man is Sloveens en werkt ook in de sterrenkunde.’ Ze grinnikt: ‘Hij is hier blijven hangen vanwege de liefde.’

Hoewel haar onderzoek zich afspeelt in verre nevels en stellaire extremen, vindt ze het belangrijk dat het publiek betrokken blijft. Ze is blij met de open dagen en publieksavonden van het Anton Pannekoek Instituut.

Omvallen
Het werk van Sarah Brands aan zware sterren houdt niet op bij het nog verder uitwerken van haar proefschrift. Ze onderzoekt nu dus hoeveel metalen deze zware sterren bevatten. ‘We nemen vaak aan dat dat ongeveer de helft is van wat de zon heeft, maar dat is erg moeilijk om te meten. Dat ga ik nu proberen te doen, ook weer met behulp van spectra.’

De verbinding tussen wetenschap en samenleving blijft belangrijk voor haar. Ze moedigt iedereen aan om eens te komen kijken op Science Park. ‘We willen begrijpen hoe het heelal werkt, en dat is niet alleen voor ons, maar voor iedereen.’
Ze lacht als ze terugdenkt aan haar kindertijd: ‘Ik was een meisje dat in de trein bij een schuine bocht zei dat we niet allemaal aan dezelfde kant moesten zitten, anders zou de trein omvallen! Die nieuwsgierigheid is er altijd gebleven.’
Wie weet leidt een bezoekje aan een sterrenkijkavond straks weer een nieuwe generatie onderzoekers naar de toppen van La Palma. #

Anita Boelsums