Dubbelsterren: sterren die om elkaar heen draaien
Wanneer we naar de nachtelijke hemel kijken, lijkt iedere ster een afzonderlijk lichtpuntje. Toch staan sommige sterren niet alleen. Een groot aantal sterren maakt deel uit van een systeem waarin twee sterren door hun onderlinge zwaartekracht om elkaar heen bewegen. Zulke systemen noemen we dubbelsterren.
Dubbelsterren zijn bijzonder omdat de twee sterren elkaar voortdurend beïnvloeden. Ze kunnen op grote afstand van elkaar staan en rustig om een gezamenlijk zwaartepunt draaien, maar sommige systemen staan juist zo dicht bij elkaar dat ze materiaal met elkaar uitwisselen.
Voor astronomen zijn dubbelsterren bovendien erg waardevol. Door de beweging van twee sterren nauwkeurig te meten, kunnen wetenschappers eigenschappen bepalen die bij losse sterren veel moeilijker rechtstreeks te meten zijn.
Wat is een dubbelster?
Een dubbelster bestaat uit twee sterren die door hun zwaartekracht aan elkaar gebonden zijn. De sterren draaien niet simpelweg om één ster heen. Beide bewegen rond een gemeenschappelijk zwaartepunt.
Dat zwaartepunt ligt op een plek tussen de twee sterren. Wanneer beide sterren ongeveer even zwaar zijn, bevindt het zich ongeveer in het midden. Is één ster veel zwaarder dan de andere, dan ligt het zwaartepunt dichter bij de zwaarste ster.
Van grote afstand kan een dubbelstersysteem eruitzien als één enkel lichtpuntje. Met voldoende nauwkeurige telescopen kunnen astronomen sommige systemen echter als twee afzonderlijke sterren waarnemen.
Niet alle dubbelsterren zijn dus letterlijk twee sterren die je met het blote oog naast elkaar kunt zien.
Hoe ontstaan dubbelsterren?
Dubbelsterren kunnen ontstaan tijdens de vorming van sterren. Wanneer een grote wolk van gas en stof onder invloed van zwaartekracht samentrekt, kan het materiaal zich op meerdere plaatsen verdelen.
In plaats van één centrale ster kunnen daardoor twee of meer jonge sterren ontstaan die dicht bij elkaar blijven. Als de omstandigheden daarvoor geschikt zijn, blijven twee sterren door hun zwaartekracht aan elkaar gebonden.
Sommige systemen kunnen al vroeg in hun ontwikkeling ontstaan, terwijl andere systemen later door zwaartekrachtinteracties worden gevormd of veranderd.
De omgeving waarin sterren worden geboren speelt daarbij een belangrijke rol. In een dicht gebied met veel jonge sterren kunnen objecten elkaar beïnvloeden en kunnen banen in de loop van de tijd veranderen.
Een dans rond een gezamenlijk zwaartepunt
De beweging van dubbelsterren kun je zien als een soort kosmische dans.
Beide sterren trekken voortdurend aan elkaar met hun zwaartekracht. Daardoor bewegen ze rond een gezamenlijk zwaartepunt. Hun banen kunnen verschillende vormen hebben, afhankelijk van de afstand, massa en snelheid van de sterren.
Sommige systemen hebben relatief ronde banen. Andere hebben meer langgerekte, ovale banen.
De sterren kunnen daarbij dichter naar elkaar toe bewegen en later weer verder van elkaar af staan. De volledige omloop kan dagen, maanden, jaren of zelfs veel langer duren.
Bij systemen waarin de sterren ver uit elkaar staan, kan een volledige omloop vele jaren of zelfs eeuwen duren.
Dubbelsterren staan niet allemaal even dicht bij elkaar
Er bestaan grote verschillen tussen dubbelstersystemen.
Bij sommige dubbelsterren staan de twee sterren relatief ver van elkaar. Ze kunnen nog steeds door hun zwaartekracht aan elkaar gebonden zijn, maar de afstand tussen beide sterren is zo groot dat ze elkaar maar beperkt beïnvloeden.
Andere dubbelsterren staan veel dichter bij elkaar. Daar kunnen de zwaartekrachteffecten veel sterker zijn.
In de meest extreme gevallen bevinden de sterren zich zo dicht bij elkaar dat hun buitenste lagen elkaar bijna raken. Zulke systemen kunnen zich heel anders gedragen dan dubbelsterren met een grote onderlinge afstand.
Visuele dubbelsterren
Sommige dubbelsterren kunnen met telescopen rechtstreeks als twee afzonderlijke sterren worden waargenomen. Dit worden vaak visuele dubbelsterren genoemd.
De sterren lijken vanaf de aarde dicht bij elkaar te staan, maar dat betekent niet automatisch dat ze ook werkelijk een dubbelstersysteem vormen.
Twee sterren kunnen toevallig vanuit onze richting ongeveer op dezelfde plek aan de hemel staan terwijl ze zich op totaal verschillende afstanden van de aarde bevinden.
Astronomen moeten daarom onderzoeken of de sterren daadwerkelijk door zwaartekracht met elkaar verbonden zijn.
Door hun beweging over langere tijd te volgen, kunnen wetenschappers bepalen of twee sterren samen een systeem vormen.
Dubbelsterren die elkaar bedekken
Er bestaan ook dubbelsterren waarbij de sterren vanuit de aarde gezien regelmatig voor elkaar langs bewegen.
Wanneer de ene ster voor de andere langs schuift, wordt een deel van het licht tijdelijk geblokkeerd. Daardoor lijkt het totale systeem vanaf de aarde minder helder te worden.
Wanneer de sterren weer naast elkaar staan vanuit ons gezichtspunt, neemt de helderheid opnieuw toe.
Dit soort systemen wordt een bedekkingsvariabele of eclipsedubbelster genoemd.
Door de helderheid van zo’n systeem voortdurend te meten, ontstaat een patroon dat astronomen kunnen bestuderen.
Uit de veranderingen in helderheid kunnen ze informatie halen over de omlooptijd, de afmetingen van de sterren en hun onderlinge beweging.
Een kosmische klok
Een bedekkingsdubbelster kan daardoor bijna werken als een natuurlijke klok.
Iedere keer dat de ene ster voor de andere langs beweegt, verandert de hoeveelheid licht die we ontvangen. Als de beweging regelmatig is, ontstaat een herkenbaar patroon.
Astronomen kunnen zo’n lichtcurve jarenlang volgen.
Kleine veranderingen in het patroon kunnen bovendien aanwijzingen geven dat er iets verandert binnen het systeem. Misschien verandert de baan, vindt er materiaaloverdracht plaats of beïnvloedt een derde object de beweging van de sterren.
Daarmee kunnen dubbelsterren veel meer informatie geven dan alleen hun zichtbare helderheid.
Wanneer sterren materiaal uitwisselen
Bij sommige dubbelsterren staan de sterren zo dicht bij elkaar dat zwaartekracht ervoor zorgt dat materiaal van de ene ster naar de andere kan stromen.
Dit gebeurt vooral wanneer één van de sterren groter wordt tijdens een latere fase van zijn ontwikkeling.
De buitenste lagen van de ster kunnen dan binnen het zwaartekrachtsgebied van zijn begeleider terechtkomen. Gas kan vervolgens naar de andere ster stromen.
Het materiaal vormt daarbij vaak een draaiende structuur rond de ontvangende ster voordat het uiteindelijk op het oppervlak terechtkomt.
Zo’n proces kan grote gevolgen hebben voor beide sterren.
Een ster kan zijn begeleider veranderen
Wanneer materiaal van de ene ster naar de andere wordt overgedragen, verandert niet alleen de massa van het systeem. Ook de ontwikkeling van beide sterren kan worden beïnvloed.
De ster die materiaal verliest, kan een deel van zijn buitenste lagen kwijtraken. De ster die materiaal ontvangt, krijgt juist extra massa.
Daardoor kunnen de sterren uiteindelijk eigenschappen krijgen die je op basis van hun oorspronkelijke massa niet direct zou verwachten.
Een dubbelstersysteem laat daardoor zien dat sterren niet altijd volledig onafhankelijk van elkaar evolueren.
Dubbelsterren met extreme objecten
Dubbelsterren kunnen ook bestaan uit een gewone ster en een zeer compact object.
Een begeleider kan bijvoorbeeld een witte dwerg, neutronenster of zwart gat zijn.
Wanneer zo’n compact object materiaal van een normale ster aantrekt, kan het materiaal extreem heet worden voordat het op het compacte object terechtkomt.
Het systeem kan daardoor sterke straling uitzenden.
Bij een zwart gat kan het materiaal bijvoorbeeld een zeer hete accretieschijf vormen. Het zwarte gat zelf is niet rechtstreeks zichtbaar, maar de omgeving ervan kan wel enorme hoeveelheden energie uitstralen.
Dubbelsterren zijn daarom ook belangrijk bij het bestuderen van enkele van de meest extreme omstandigheden in het heelal.
Hoe weten astronomen hoe zwaar een ster is?
Een van de grootste voordelen van dubbelsterren is dat ze wetenschappers kunnen helpen de massa van sterren te bepalen.
Bij een losse ster is het moeilijk om de massa rechtstreeks te meten. Bij een dubbelster kunnen astronomen echter de beweging van beide sterren volgen.
De omlooptijd en de afstand tussen de sterren hangen samen met hun massa’s.
Door deze bewegingen nauwkeurig te meten, kunnen astronomen berekenen hoeveel massa de sterren hebben.
Dit maakt dubbelsterren tot een soort natuurlijke laboratoria voor de sterrenkunde.
De snelheid van sterren meten
Niet alle dubbelsterren kunnen rechtstreeks als twee afzonderlijke sterren worden gezien. Soms zijn ze zo dicht bij elkaar dat telescopen slechts één lichtpunt waarnemen.
Toch kunnen astronomen de beweging van de sterren ontdekken door hun licht te onderzoeken.
Wanneer een ster naar ons toe beweegt, verschuiven bepaalde lijnen in zijn spectrum iets richting het blauwe deel van het licht. Wanneer de ster van ons af beweegt, verschuiven deze lijnen richting het rode deel. Dit verschijnsel wordt het Dopplereffect genoemd en de verschuiving van de spectraallijnen noemen we de Dopplerverschuiving.
Door deze verschuivingen regelmatig te meten, kunnen astronomen de snelheid van sterren bepalen terwijl ze om elkaar heen bewegen.
Waarom dubbelsterren zo belangrijk zijn
Dubbelsterren geven astronomen informatie die bij losse sterren veel moeilijker te verkrijgen is.
Ze kunnen onder andere helpen bij het bepalen van:
- de massa van sterren
- hun omlooptijd
- hun onderlinge afstand
- hun afmetingen
- hun temperatuur
- veranderingen in helderheid
- de manier waarop sterren materiaal uitwisselen
Daarom worden dubbelsterren niet alleen bekeken omdat ze interessant zijn om naar te kijken. Ze vormen ook belangrijke meetinstrumenten voor de sterrenkunde.
Kunnen planeten rond dubbelsterren draaien?
Ja, planeten kunnen voorkomen in systemen met twee sterren.
Een planeet kan bijvoorbeeld rond beide sterren tegelijk draaien. Vanuit zo’n planeet zouden twee sterren aan de hemel kunnen staan.
Een bekend voorbeeld uit de populaire cultuur is het idee van een wereld met twee zonnen. Dat klinkt misschien als sciencefiction, maar planeten rond dubbelsterren bestaan daadwerkelijk.
Er zijn verschillende soorten banen mogelijk. Een planeet kan relatief dicht rond één ster draaien terwijl de andere ster verder weg staat. In andere systemen kan een planeet juist op grote afstand rond beide sterren gezamenlijk bewegen.
Of zo’n planeet stabiel kan blijven, hangt sterk af van de afstanden en de banen van de sterren.
Een bijzondere omgeving voor planeten
Een planetenstelsel rond twee sterren kan ingewikkelder zijn dan ons zonnestelsel.
De zwaartekracht van twee sterren beïnvloedt de beweging van planeten voortdurend. Daardoor moeten planeten zich in bepaalde stabiele gebieden bevinden om gedurende lange tijd een vaste baan te kunnen behouden.
Toch laat het bestaan van zulke planeten zien dat planetenstelsels niet altijd op ons zonnestelsel hoeven te lijken.
De natuur kan verschillende manieren vinden om planeten rond sterren te laten ontstaan en bewegen.
Wat gebeurt er wanneer één ster verandert?
Omdat de sterren in een dubbelstersysteem elkaar beïnvloeden, kan de verandering van één ster gevolgen hebben voor de andere.
Wanneer één ster groter wordt, kan hij materiaal verliezen aan zijn begeleider. Wanneer één ster uiteindelijk een compacte rest wordt, kan de verdeling van massa binnen het systeem veranderen.
Ook kan een krachtige gebeurtenis zoals een supernova de baan van het systeem beïnvloeden.
Als de explosie voldoende asymmetrisch is, kan de overgebleven ster een flinke snelheid meekrijgen. Het dubbelstersysteem kan daardoor zelfs uit elkaar vallen.
In andere gevallen kan het systeem juist blijven bestaan.
Dubbelsterren en zwaartekrachtsgolven
Sommige dubbelstersystemen bestaan uit extreem compacte objecten, zoals twee neutronensterren of twee zwarte gaten.
Wanneer zulke objecten om elkaar heen draaien, kunnen ze energie verliezen in de vorm van zwaartekrachtsgolven.
De banen worden daardoor steeds kleiner en de objecten bewegen steeds sneller om elkaar heen.
Uiteindelijk kunnen ze samensmelten. Zo’n gebeurtenis veroorzaakt een sterke verstoring van de ruimtetijd die met speciale detectoren op aarde kan worden gemeten.
Dubbelsterren vormen daardoor ook een belangrijke schakel in een van de modernste onderzoeksgebieden binnen de sterrenkunde.
Niet iedere dubbele ster is een dubbelster
Het is belangrijk om onderscheid te maken tussen een echt dubbelstersysteem en twee sterren die toevallig dicht bij elkaar lijken te staan.
De nachtelijke hemel is driedimensionaal. Een ster die relatief dichtbij staat kan vanaf de aarde precies voor een veel verder weg gelegen ster lijken te staan.
Alleen omdat twee sterren naast elkaar zichtbaar zijn, betekent dat dus nog niet dat ze door hun zwaartekracht met elkaar verbonden zijn.
Astronomen moeten hun afstanden en bewegingen onderzoeken om te bepalen of er daadwerkelijk sprake is van een dubbelstersysteem.
Een hemel vol sterrenparen
Dubbelsterren laten zien dat sterren niet altijd alleen door de ruimte reizen. Sommige maken deel uit van systemen waarin hun onderlinge zwaartekracht hun hele beweging bepaalt.
Van twee sterren die rustig om elkaar heen draaien tot systemen waarin materiaal wordt uitgewisseld of waarin uiteindelijk extreem compacte objecten ontstaan: de verschillen zijn enorm.
Juist daardoor zijn dubbelsterren zo interessant.
Ze laten zien hoe sterk zwaartekracht de ontwikkeling van sterren kan beïnvloeden. Tegelijkertijd geven ze astronomen een manier om eigenschappen van sterren te meten die anders moeilijk te bepalen zijn.
Twee sterren, één kosmisch systeem
Een dubbelster is meer dan simpelweg twee sterren die dicht bij elkaar staan. Het is een gezamenlijk systeem waarin beide sterren elkaar voortdurend beïnvloeden.
Hun massa bepaalt hoe ze bewegen, hun afstand bepaalt hoe sterk ze elkaar beïnvloeden en hun ontwikkeling kan ervoor zorgen dat het systeem in de loop van miljoenen jaren sterk verandert.
Sommige dubbelsterren blijven lange tijd relatief rustig. Andere ontwikkelen zich tot systemen waarin materiaal wordt uitgewisseld of waarin uiteindelijk compacte objecten en krachtige gebeurtenissen ontstaan.
Wanneer we naar een lichtpunt aan de nachtelijke hemel kijken, weten we daarom niet altijd of we naar één ster kijken.
Het kan ook een kosmische dans van twee sterren zijn, die al miljoenen of miljarden jaren om een gezamenlijk zwaartepunt bewegen.