Het heeft even geduurd, maar sinds deze maand ben ik officieel afgestudeerd sterrenkundige! Om dat voor elkaar te krijgen heb ik een jaar lang onderzoek gedaan in de 'Star cluster group' van het Sterrekundig Instituut Utrecht. De (Nederlandse) samenvatting van dit onderzoek kun je hieronder lezen. Het volledige verslag kun je hier downloaden.
De nachtelijke sterrenhemel zit vol met dingen die het waard zijn bekeken te worden. Vanuit de stedelijke regio’s valt daar helaas weinig van te zien, maar als je in een omgeving zonder veel strooilicht naar de hemel kijkt zie je steeds meer. Het eerste wat ’s nachts zichtbaar wordt zijn sterrenbeelden. Dit zijn sterren die al dan niet toevallig bij elkaar staan, zoals de Grote Beer en Cassiopeia. Een bijzonder sterrenbeeld is het Zevengesternte, ook bekend als de Pleiaden: deze sterren vormen een zogenaamde open sterrenhoop en horen daadwerkelijk bij elkaar. Een ander verschijnsel wat in donkere gebieden opvalt is de melkweg: een band van licht die zich over de hemel uitstrekt en die door een telescoop gezien uit enorme hoeveelheden sterren blijkt te bestaan.
Behalve de melkweg kunnen ook nog een aantal vlekjes met het blote oog gezien worden. Sommige van deze vlekjes blijken ook uit grote hoeveelheden losse sterren te bestaan (zoals de bolhoop M13), voor andere vlekjes is het niet zo duidelijk waar ze uit bestaan. Een van deze vlekjes is ons buurmelkwegstelsel: de Andromedamelkweg. Dit stelsel bestaat uit net wat meer sterren dan er in onze hele melkweg te vinden zijn. En dat zijn alleen nog maar de objecten die we met ons oog kunnen zien.
Tegenwoordig weten we door waarnemingen met telescopen dat er enorme hoeveelheden van dit soort objecten zijn. In ons melkwegstelsel zijn veel sterren gegroepeerd in sterrenhopen, buiten onze melkweg zijn er nog enorme hoeveelheden andere melkwegstelsels die ook op hun beurt weer sterrenhopen hebben.
Deze sterrenhopen zijn van groot belang voor sterrenkundig onderzoek. Als we willen weten wanneer sterren in een melkwegstelsel ontstaan zijn, moeten we uit kunnen vinden hoe oud de oudste sterren zijn. Omdat sterren continu gevormd worden en door elkaar gemixt worden is dat op zich al lastig, maar aangezien we in verre melkwegstelsels de sterren niet eens meer los van elkaar kunnen zien wordt het helemaal onmogelijk. Sterrenhopen bieden hier de uitkomst.
Het leuke van sterrenhopen is namelijk dat ze aan een aantal regels voldoen. We weten bijvoorbeeld dat alle sterren in zo’n hoop uit dezelfde gaswolk zijn ontstaan en dat al die sterren even oud zijn. Ook weten we uit waarnemingen hoe de hoeveelheden zware sterren zich verhouden tot lichtere sterren en hoe sterren zich in een hoop verdelen. Tenslotte hebben we ook theoretische modellen voor de helderheid van een ster bij een bepaalde leeftijd en massa.
Met deze gegevens kunnen we uit waarnemingen van een sterrenhoop in een ver melkwegstelsel een aantal gegevens halen, zoals hoe oud, zwaar en groot die sterrenhoop is. Deze gegevens van alle zichtbare sterrenhopen in zo’n stelsel kan ons dan weer informatie geven over de geschiedenis van dat melkwegstelsel.
Een probleem is echter dat we niet goed weten of er niet een vooroordeel in onze waarnemingen zit. Het zou bijvoorbeeld zo kunnen zijn dat we sterrenhopen met bepaalde eigenschappen (heel jong of juist oud, groot of juist klein) missen in onze gegevens, die daardoor een beeld geven wat niet klopt. Als we bijvoorbeeld geen oude sterrenhopen kunnen zien, mogen we niet concluderen dat die er ook daadwerkelijk niet zijn.
Om dit probleem tegen te gaan worden zogenaamde compleetheidstesten uitgevoerd. Dit houdt in dat we sterrenhopen in een computer nabootsen en deze nagebootste waarnemingen vervolgens behandelen alsof het echte waarnemingen waren. Hiermee kunnen we te weten komen welke sterrenhopen we wel en welke we niet meer kunnen zien en bovendien hoe nauwkeurig we de leeftijd en straal kunnen bepalen.
Tot nu toe weren deze testen op een vrij simpele manier uitgevoerd: we maken hierbij gebruik van een analytisch model van de gemiddelde verdeling van sterren bij een bepaalde straal, de gemiddelde helderheid en kleur van die sterren bij een bepaalde leeftijd en massa en bootsen hiermee een sterrenhoop na. Wat echter niet werd getest is hoe afwijkingen van het gemiddelde deze resultaten kunnen beïnvloeden.
Afwijkingen van het gemiddelde beeld van een sterrenhoop kunnen veroorzaakt worden door bijvoorbeeld een zware (en daarmee heldere) ster in een lichte sterrenhoop. Het kan makkelijk gebeuren dat die ene ster net zo helder (of zelfs helderder) is als de rest van de sterrenhoop, helemaal als die ene ster een rode reus of superreus is. Als dat het geval is, dan zal die ene ster belangrijker zijn bij het detecteren van de sterrenhoop en het bepalen van zijn gegevens dan de rest van de hoop en zal dus een verkeerd beeld ontstaan. Vergelijk bijvoorbeeld maar de Pleiaden met M13: het zijn beide sterrenhopen, maar ze zien er behoorlijk verschillend uit.
Om te onderzoeken hoeveel invloed losse sterren op het detecteren van een sterrenhoop en het bepalen van zijn gegevens heeft, maken we gebruik van zogenaamde compleetheidstesten. Hierbij simuleren we op basis van bekende gegevens over massaverdeling van sterren, straal van de sterrenhoop, de totale massa en de leeftijd een groot aantal observaties van sterren in sterrenhopen, die we vervolgens in een echte observatie van een melkwegstelsel plaatsen. Daarnaast simuleren we ook sterrenhopen op basis van analytische modellen voor de totale hoeveelheid licht en de vorm van deze sterrenhopen. Vervolgens proberen we op dezelfde manier als bij echte observaties deze beide soorten sterrenhopen terug te vinden en hier de gegevens van te bepalen. De uitkomsten hiervan vergelijken we vervolgens met elkaar om uit te zoeken wat de invloed van losse sterren is.
Uit dit onderzoek blijkt dat losse sterren veel invloed hebben op de detectie van een sterrenhoop. Waar op de oude manier nog 90% van de sterrenhopen teruggevonden kan worden, vinden wij nu soms maar 50% terug. De magnitude (helderheid, lager is helderder) waarbij we nog 90% van de sterrenhopen terugvinden verschuift voor jonge sterrenhopen met een grote straal van 22 naar 18.5, een factor 25 in helderheid! De afwijkingen van het gemiddelde hebben dus bij jonge sterrenhopen grote invloed op de detectie en leveren een effect op wat niet genegeerd moet worden.
