De twee sterren van DI Herculis liggen op hun kant, en dat verklaart hun afwijkende draaipatronen.
FOTO: Illustratie Albrecht (MIT)
Sterren dansen uit de maat Astronomen verklaren de raadselachtige koers van dubbelsterren
De dubbelster DI Herculis was decennialang een puzzel voor astronomen. Leidse sterrenkundigen hielpen mee die op te lossen. Vandaag staan ze in Nature.
DOOR BART BRAUN Op tweeduizend lichtjaar van de aarde dansen twee sterren om elkaar. Elke tien dagen draaien ze hun ellipsen, zonder zich iets aan te trekken van de aardse astronomen die zich het hoofd breken over de danspassen en de maat.
De danspartners van DI Herculis zwieren namelijk te weinig, zo leek het. Na elke gedraaide ellips schuift de volgende ellips een piepklein tikje op. Van bovenaf gezien maken de sterren een cirkel vol met lange lussen, zoals kinderen die tekenen met een spirograaf. Dat duurt wel even; elke lus duurt weliswaar maar tien dagen, maar voordat ze een complete cirkel hebben gedraaid, is er 36 duizend jaar voorbij.
Het probleem is dat ze in die tijd vier cirkels hadden moeten maken. Tenminste, dat suggereert de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Die beschrijft hoe ruimte, tijd en zwaartekracht zich tot elkaar verhouden. ‘Je kunt de getallen invullen in die formule: je weet de gewichten van sterren, de afstanden die ze tot elkaar staan, enzovoort. Met bijna alle sterren kan dat prima, maar bij sommige dubbelsterren past het gewoon niet. En bij DI Herculis is dat probleem het grootste.’
Aan het woord is Simon Albrecht, verleden jaar gepromoveerd aan de Leidse Sterrewacht, en auteur van alweer zijn tweede Nature-artikel over zijn promotieonderzoek dit jaar. Nature is het hoogste wetenschappelijke podium dat er bestaat, en Albrecht mag erin omdat natuur- en sterrenkundigen al dertig jaar hun tanden stukbijten op het kosmische ballet van DI Herculis.
Misschien lag het wel aan Einstein? De twee sterren zijn elk zwaarder dan de zon en staan tien keer zo dicht bij elkaar als de zon bij de aarde. Misschien werkte de algemene relativiteitstheorie wel niet meer als de zwaartekrachten maar lomp genoeg waren?
Een aantal fysici ging die kant op, en ontwikkelden compleet nieuwe theorieën die zwaartekracht beschreven. Die hadden dan weer het nadeel dat ze wel goed werkten voor DI Herculis, maar minder goed voor de rest van het heelal.
Of misschien was er sprake van een derde voorwerp in het stelsel; een grote planeet die niet helder genoeg was om te zien? Het viel niet uit te sluiten, maar als je onaantoonbare voorwerpen gaat verzinnen voor alles dat je niet kunt verklaren, ben je niet heel wetenschappelijk bezig.
Hier verschijnen Albrecht en zijn begeleider Ignas Snellen ten tonele. Zij zijn namelijk expert in het vinden van moeilijk vindbare exoplaneten. Die kan je op verschillende manieren aantonen, maar de Leidenaren zijn vooral goed in het analyseren van sterrenlicht. Als de planeet tussen de ster en de aarde schuift tijdens een eclips, kunnen zij dat meten. Op grond van het licht dat dan nog wel op aarde aankomt, kunnen ze vervolgens conclusies trekken over de planeet; hoe groot en zwaar die is, bijvoorbeeld.
Het trucje werkt ook als er niet een planeet om de ster heen draait, maar een andere ster. Dat is wel veel moeilijker, omdat die ster zelf ook licht uitzend. Het licht van die twee sterren komt dan samen terecht in de telescoop. ‘Dat is dus echt een rotzooitje’, aldus Albrecht. Hij ontwikkelde een programma dat de twee soorten licht uit elkaar kan peuteren met behulp van zware wiskunde.
Als je dat hebt gedaan, kun je ook iets zeggen over de draaiingsas van de sterren. Het licht van een ster met een verticale draaiingsas – dat is, een as die min of meer haaks staat op het vlak waarin hij zijn ellipsen draait – ziet er tijdens een eclips anders uit dan als die as parallel ligt aan het ellips-vlak.
En daarmee kwam de aap uit de mouw. De sterren van DI Herculis liggen namelijk scheef. Sterrenkundigen gingen er altijd vanuit dat sterren rechtop stonden. En dat maakt uit, want de sterren liggen dus niet met hun evenaren, maar met hun polen naar elkaar toe. De sterren zijn geen perfecte bollen, maar een beetje afgeplat omdat ze zo snel rond hun as draaien. Op de evenaar zijn ze dus ietsje dikker.
Stonden de sterren rechtop, dan was dat beetje dikheid precies genoeg om ervoor te zorgen dat de danspartners elkaar een extra slinger mee zouden geven tijdens het zwieren. Nu remmen ze elkaar juist een beetje af. Albrecht: ‘Iets vergelijkbaars zie je op de aarde. Die is ook afgeplat, en de banen van satellieten rond de aarde moeten gecorrigeerd worden voor de extra zwaartekracht van die bult rond de evenaar, anders raken ze kwijt.’ Einstein krijgt andermaal gelijk: het trage dansje lag aan de sterren.
‘De grote vraag is nu waarom die draaiingsassen zo raar staan. Dat hoop ik de komende jaren uit te zoeken’, zegt Albrecht die na zijn promotie postdoc werd aan het Massachusetts Institute of Technology. ‘Is dit stelsel het enige waar dat voorkomt? Zo ja, waarom dan?’ Misschien is er iets raars gebeurd tijdens de vorming van het stelsel, vermoedt hij. Of misschien is er toch een rol weggelegd voor een nu nog onzichtbaar derde voorwerp.
