Jelle Vandersnickt kijkt via sterbevingen in het hart van een ster

Jelle Vandersnickt realiseerde al tijdens zijn masteronderzoek een primeur. In de ‘bevingen’ binnenin een zware, snel roterende ster vond hij bewijs voor een intern magnetisch veld. Met wiskundige technieken probeert hij nu verder door te dringen in dat soort sterren.

Stemmen op Jelle Vandersnickt of een van de andere laureaten kan via de poll onderaan dit artikel. Of klik hier om direct naar de poll te gaan.

Beluister de podcast, of lees het portret hieronder.

Aardbevingen mogen dan vaak veel schade en leed veroorzaken, geologen kunnen er ook iets uit leren. De schokgolven dragen immers informatie over de diepe ondergrond met zich mee. In de seismologie wordt met zulke golven onderzocht hoe onze planeet er binnenin uitziet. De praktijk kan ook in de ruimte worden toegepast. Want ook op (of beter in) sterren komen bevingen voor, in de vorm van druk- of geluidsgolven. Die bevingen veroorzaken veranderingen in de helderheid waarmee sterren schijnen, of in de kleuren van het licht dat ze afgeven.

Ziedaar de asteroseismologie, de studie van sterbevingen. Hoewel dit nog relatief jonge subdomein van de sterrenkunde bij het brede publiek minder bekend is dan bijvoorbeeld het onderzoek naar exoplaneten of dat naar zwaartekrachtgolven, heeft het al veel deining veroorzaakt. Dat komt doordat asteroseismologen binnenin sterren kunnen ‘kijken’, net zoals gewone seismologen dat doen bij de aarde. Sterbevingen geven immers informatie prijs over de structuur en beweging binnenin sterren, alsook over andere interne eigenschappen zoals magnetisme. In plaats van te moeten vertrouwen op oude astrofysische modellen, kunnen asteroseismologen individuele sterren dus rechtstreeks bestuderen – ze kunnen bijvoorbeeld nauwkeurig hun ouderdom bepalen.

Asteroseismologen kunnen binnenin sterren ‘kijken’, net zoals gewone seismologen dat doen bij de aarde

Een voorbeeld van de deining die asteroseismologie heeft veroorzaakt: een ster verraadde via haar bevingen dat ze binnenin veel sneller om haar as draaide dan ‘gewone’ astronomen hadden gedacht. En daardoor moest haar ouderdom worden bijgesteld: van een miljard jaar naar honderd miljoen jaar. Dat is geen kleine correctie. De opkomst van de asteroseismologie wordt niet voor niets weleens een revolutie in de astronomie genoemd.

Ontdekking van formaat

Sterren kunnen via hun bevingen niet alleen hun interne beweging maar ook hun magnetische activiteit verraden. Dat hielp Jelle Vandersnickt, kersvers doctoraatsstudent aan de KU Leuven, aan een ontdekking van formaat. Uit observatiedata van een zware (massieve) ster kon hij op basis van sterbevingen een magnetisch veld detecteren dat diep verborgen zit in de ster – en dat dus niet met andere waarnemingsmethodes zichtbaar is. De detectie is een primeur voor dit soort sterren, die veel zwaarder zijn dan de zon én die vaak snel om hun as draaien. Opvallend: Vandersnickt bekwam de primeur tijdens het onderzoek voor zijn masterthesis. Tijdens zijn doctoraatsonderzoek, dat hij in september van vorig jaar begon, verdiept hij zich als asteroseismoloog verder in het magnetisme van zware sterren. Hij doet dat binnen de Leuvense groep van Conny Aerts, een van de founding mothers van de asteroseismologie. Zij scoorde begin deze eeuw trouwens een andere primeur in het vakgebied. Ze kon toen voor het eerst de interne draaiing van een andere ster dan de zon opmeten.

De ster die Vandersnickt tijdens zijn masteronderzoek bestudeerde, neemt geen bekende plaats in aan het firmament. Dat komt doordat ze nét niet met het blote oog te zien is. Daardoor heeft ze ook geen echte naam, maar eerder een volgnummer, als een van zoveel uit de gigantische sterrencatalogus van de Melkweg: HD192575. ‘Ze staat zo’n tweeduizend lichtjaar ver’, zegt Vandersnickt. ‘Nog net in het noordelijke deel van de hemel, vlak boven onze horizon.’ Maar het is dus wel een zwaargewicht. ‘Ze is zowat twaalf keer zo zwaar als de zon, waardoor ze stevig in de categorie van zware sterren thuishoort.’ Dat is een categorie sterren die heel verschillend zijn van de zon. In plaats van miljarden jaren oud worden ze maar enkele miljoenen jaren oud. Ze branden heel snel op en spatten dan uit elkaar in een supernova – zowat het spectaculairste kosmische vuurwerk – waarna een neutronenster of een zwart gat overblijft.

Zonder zware sterren zoals HD192575 zouden wij er trouwens niet zijn geweest. Tijdens hun normale levenscyclus maar ook tijdens hun explosieve einde maken ze chemische elementen aan die cruciaal zijn voor het leven: koolstof, stikstof, zuurstof, ijzer … Vandersnickt: ‘Deze sterren zijn de belangrijkste aandrijvers van de evolutie in het heelal, ook al omdat ze zo snel doorheen hun levenscyclus gaan.’ HD192575 is trouwens niet zo ver meer verwijderd van haar supernova-einde. ‘Ze is nu ongeveer zestien miljoen jaar oud, we schatten dat ze over twee miljoen jaar zal ontploffen.’

Modelleerwerk

Het kwam de jonge Leuvenaar heel erg van pas dat hij behalve fysica ook wiskunde (als extra bachelor) had gestudeerd. Bij asteroseismologie komt immers veel wiskundig modelleerwerk kijken. Helderheids- en spectrametingen van sterren worden ontleed in functie van golven en hun frequenties. Daarna wordt bekeken bij welke stermodellen de golf- en frequentiepatronen passen. Bij HD192575 sloot een model van een zware, snel roterende ster niet helemaal aan bij de waarnemingen. Er was een extra element nodig om het model met de observaties te doen kloppen: een intern magnetisch veld.

Met zijn wiskundige vernuft kon Vandersnickt de gevolgen van de snelle rotatie van HD192575 (de ster draait in vijf dagen om haar as, de zon doet er 26 dagen over) nauwkeurig meenemen in zijn stermodellen. ‘Snel draaiende sterren vormen geen perfecte bolvorm meer maar zijn afgeplat aan hun polen. Dat soort zaken werd voordien niet altijd wiskundig in rekening genomen.’ In zijn doctoraatsonderzoek bestudeert Vandersnickt nu hoe wiskundige technieken stermodellen nog beter aansluiting kunnen laten vinden met de realiteit van zware, snel roterende sterren.

Een wetenschappelijke ontdekking doe je nooit in je eentje. De observatiedata van HD192575 werden op een schoteltje aangereikt door de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA, die met haar ruimtetelescoop Tess de ster de afgelopen jaren had gadegeslagen. ‘In onze onderzoeksgroep was er al langer interesse voor deze ster. Het is immers een van de zware sterren waarvan Tess ons veel data heeft bezorgd’, aldus Vandersnickt. Mist hij het niet om af en toe ook eens zelf door een telescoop naar de sterren te kunnen kijken, in plaats van naar stermodellen op een computerscherm – in Chili bijvoorbeeld, waar de grote telescopen van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht staan? ‘Daar ben ik nog niet geweest. Op La Palma (het Canarische eiland, red.) heb ik al wel de Mercator-telescoop van de KU Leuven bezocht. Maar ik heb behalve voor sterrenkunde altijd een zwak gehad voor wiskunde. In de asteroseismologie komen beide samen.’