De Orionnevel lijkt te jong — een verborgen sterbotsing kan het raadsel verklaren

De Orionnevel houdt twee klokken bij die niet dezelfde tijd aangeven. De meeste sterren in dit bekende stervormingsgebied zijn ongeveer één miljoen jaar oud. Toch lijken de gasschil rond het centrum en de stofschijven rond jonge sterren pas enkele honderdduizenden jaren bloot te staan aan de intense straling die ze nu aantast.

Astronomen van de Universiteit Leiden denken dat een verborgen gebeurtenis de klokken weer gelijk kan zetten: twee sterren zouden zijn samengesmolten tot de extreem heldere centrale ster θ1 Orionis C1. Die botsing is niet gezien. Computersimulaties laten alleen zien dat het scenario mogelijk is en meerdere waarnemingen tegelijk kan verklaren.

Er blijft bovendien een wezenlijk probleem over. De botsing levert in het conservatieve model minder energie dan nodig lijkt om de waargenomen gasschil aan te drijven.

Twee leeftijden in één nevel

De Orionnevel ligt op ongeveer 1.300 lichtjaar afstand en is een kraamkamer voor sterren. In het centrum staat het Trapezium, een groep jonge, zware sterren. De krachtigste daarvan, θ1 Orionis C1, heeft ongeveer 33,5 keer de massa van de zon en overspoelt zijn omgeving met ultraviolette straling en een snelle sterrenwind.

De eerste klok komt van de sterren zelf. Hun eigenschappen wijzen erop dat de sterrenhoop ongeveer één miljoen jaar oud is.

De tweede klok loopt veel korter. Rond sommige jonge sterren zijn nog protoplanetaire schijven zichtbaar: platte wolken van gas en stof waaruit planeten kunnen ontstaan. Door de sterke straling van θ1 Orionis C1 verliezen die schijven nu snel materiaal. Als die belasting al een miljoen jaar even sterk was, zouden veel schijven volgens de onderzoekers niet meer moeten bestaan.

Ook de grote gasschil rond de nevel oogt jong. De schil heeft een straal van ongeveer 2,5 parsec en dijt met circa 13 kilometer per seconde uit. Daaruit volgt een dynamische leeftijd van ongeveer 300.000 jaar, al hangt zo’n berekening af van hoe de schil in de loop van de tijd is versneld of afgeremd.

Een drievoudig systeem als uitgestelde ontsteking

Het nieuwe scenario begint met drie sterren. Door de zwaartekracht van de buitenste ster kunnen de banen van de twee binnenste sterren steeds langgerekter worden. Uiteindelijk komen die twee zo dicht bij elkaar dat ze samensmelten.

Volgens de simulaties kan zo’n botsing enkele honderdduizenden jaren geleden hebben plaatsgevonden. De samengevoegde ster werd veel zwaarder en helderder, waarna de ultraviolette straling en sterrenwind plotseling sterk toenamen.

Dat zou verklaren waarom de sterrenhoop oud genoeg kan zijn om ongeveer één miljoen jaar te tellen, terwijl de zware belasting van de omgeving veel later begon. De stofschijven kregen dan eerst een relatief rustige periode om te overleven. Pas na de botsing werden ze snel weggeblazen en kregen sommige de kenmerkende komeetachtige vorm.

Het idee brengt daarmee in één verhaal samen wat anders twee losse raadsels zijn: een jonge uitdijende schil en onverwacht lang overlevende planeetvormende schijven.

Het energietekort dat nog niet weg is

Hier zit ook de belangrijkste zwakke plek. De berekeningen van de schil vragen om een toename van het windvermogen met minstens ongeveer een factor honderd. Een conservatieve schatting van de sterbotsing komt volgens het artikel uit op hooguit ongeveer een factor dertig.

De onderzoekers stellen voor dat menging met koel gas extra massa in de hete stroming kan brengen. Daardoor zou dezelfde energie meer materiaal kunnen verplaatsen en kan de schil alsnog sneller groeien. Dat is een mogelijke aanvulling, geen gemeten oplossing van het energietekort.

Ook de modellen zelf laten ruimte voor meerdere uitkomsten. Voor de schil zijn in de studie slechts enkele eigenschappen rechtstreeks beschikbaar, terwijl de modelvarianten vier tot zes vrije parameters hebben. Bij de dynamische simulaties blijkt bovendien dat veel drievoudige systemen eerder samensmelten dan gewenst. Er zijn dan aanvullende vertragende processen of een gunstige beginconfiguratie nodig.

Welke waarnemingen passen nog meer?

De onderzoekers wijzen op twee aanvullende aanwijzingen. Het magnetische veld in het gebied staat gekanteld ten opzichte van de huidige uitdijing, wat bij een plotselinge verstoring kan passen. Ook vertoont θ1 Orionis C1 een verhoogde hoeveelheid stikstof aan het oppervlak, iets wat na sterke menging tijdens een samensmelting kan ontstaan.

Geen van beide kenmerken bewijst de botsing. Stikstofverrijking kan ook samenhangen met andere vormen van sterontwikkeling, en een gekanteld magnetisch veld kent meerdere mogelijke oorzaken.

Het scenario is wel toetsbaar. Betere metingen van mogelijke begeleidende sterren, de chemische samenstelling van θ1 Orionis C1 en de beweging en massa van het gas kunnen de speelruimte kleiner maken. De auteurs noemen zelfs een mogelijke nauwe begeleider die, als die stevig wordt bevestigd, bepaalde versies van hun model kan uitsluiten. Tot nu toe hebben waarnemingen met hoge resolutie die begeleider niet overtuigend bevestigd.

Wat deze studie wel en niet laat zien

De studie is geaccepteerd door het vakblad Astronomy & Astrophysics en combineert modellen van de uitdijende schil met simulaties van drievoudige stersystemen. Dat maakt het voorstel sterker dan een losse gedachte: het moet tegelijk aan meerdere astronomische beperkingen voldoen.

Maar een simulatie is geen opname van het verleden. De onderzoekers laten zien dat een sterbotsing een plausibele gemeenschappelijke verklaring kan zijn. Ze tonen niet aan dat die botsing daadwerkelijk heeft plaatsgevonden, en het verschil tussen de benodigde en berekende energie blijft een serieuze beperking.

Juist dat onderscheid maakt het Orionraadsel interessant. Het nieuwe scenario brengt twee kosmische klokken dichter bij elkaar, maar zet de tijd nog niet definitief vast.

Lees ook hoe de James Webb-ruimtetelescoop opvallende stofstructuren rond jonge sterren zag en waarom oude Hubble-waarnemingen soms pas later een onverwacht planetair spoor opleveren.

Bronnen: het nieuwsbericht van de Universiteit Leiden, de samenvatting en publicatiestatus op arXiv en het volledige geaccepteerde manuscript.