M3 - Bolvormige sterrenhoop in de Jachthonden

Halverwege de lijn tussen de sterren Arcturus en Cor Caroli kan al met een kleine verrekijker de bolvormige sterrenhoop M3 worden gevonden. Waar M2 flink genoemd kan worden is M3 een gigant: hij bevat een half miljoen sterren! Met maar liefst 1750 referenties in de laatste zestig jaar is het één van de meest intensief onderzochte bolhopen en bevat een schat aan bijzondere soorten sterren, opvallend meer dan soortgelijke sterrenhopen. Ook bij amateursterrenkundigen is M3 populair: in relatief kleine telescopen is een groot deel van de sterren al los van elkaar te zien.

Feiten en cijfers

• Sterrenbeeld: Jachthonden
• Andere aanduidingen: NGC 5272
• Positie: rechte klimming 13h42m11s.62; declinatie +28d22m38s.2
• Type: Bolvormige sterrenhoop
• Dichtheidsklasse: VI (naar het centrum toe vrij geleidelijk dichter wordend)
• Magnitude: 6.2
• Diameter: 180 lichtjaar
• Afstand: 33900 lichtjaar

In tegenstelling tot M1 en M2 is M3 wel daadwerkelijk door Messier zelf ontdekt. Hij beschreef hem voor het eerst in 1764, en werd in zijn uiteindelijke catalogus omschreven als: "Nevel ontdekt tussen de Ossenhoeder en een van de Jachthonden van Hevelius, hij bevat geen ster, het centrum is schitterend, zijn licht dooft geleidelijk uit en hij is rond." Ook M3 werd voor het eerst als sterrenhoop gezien en omschreven door William Herschel, zijn zoon John Herschel (1792-1871) schatte het aantal sterren in 1833 op 'veel meer dan duizend'. Al in 1885 werden in M3 de eerste sterren ontdekt die variabel in helderheid zijn; het aantal was in 2004 inmiddels opgelopen tot 274, het hoogste van alle bekende bolhopen.

Jong voor antiek

Zoals eerder beschreven bevat M3 zo'n 500.000 sterren. Samen wegen ze zo'n 450.000 keer de zon, waarvan de helft zich in de binnenste 22 lichtjaar bevindt. De kern is wat groter en minder compact dan bij sommige andere bolhopen zoals M2, maar in de kern bevinden zich nog steeds meer dan duizend keer zoveel sterren als in de directe omgeving van de zon. Verder is M3 voor een bolvormige sterrenhoop relatief jong: zijn leeftijd wordt geschat op 11,4 miljard jaar. Dit is onder andere af te leiden uit het feit dat de sterren van M3 meer elementen zwaarder dan helium bevatten dan wat typisch is voor sterren in een bolhoop (hoewel het nog steeds maar een paar procent is van dat van de zon). Hieraan is al te zien dat M3 geen doorsnee-object is, maar dat is zeer zeker niet de enige reden waarom M3 zo populair is bij onderzoekers.

Pulserende minireuzen

Het leeuwendeel van het grote aantal veranderlijke sterren in M3 is van het zogenaamde RR Lyrae-type. Dit zijn oude sterren met een massa van 50 tot 80 procent van die van de zon die in een tussenfase van hun reuzenstadium zitten (de horizontal branch). Deze sterren verbranden helium in hun kern en pulseren zeer regelmatig met periodes tussen de 5 uur en 2 dagen. Tijdens deze pulsen verandert de temperatuur van de sterren, ze zijn op hun helderst als ze op hun heetst zijn. Over het antwoord op de vraag waarom RR Lyrae-sterren pulseren zijn onderzoekers het niet eens, zeker omdat sterren op de horizontal branch in het algemeen juist zeer stabiel zijn.

Fonkelen als nooit tevoren

In de kern van M3 komen relatief veel hete blauwe sterren voor. Dit is vreemd, want gezien van de leeftijd van de bolhoop zouden deze hete blauwe sterren allang verdwenen moeten zijn. Deze andere bijzondere inwoners van M3 worden dan ook blauwe achterblijvers (naar het Engelse blue stragglers) genoemd. Er zijn enkele verklaringen voor het bestaan van deze herboren sterren: een ervan heeft met dubbelsterren te maken waarvan de leden heel dicht bij elkaar staan. Er kan dan massaoverdracht plaatsvinden waarbij materie uit de buitenlagen van de ene ster door de andere wordt 'gestolen', waardoor de verliezer tot zijn hetere binnenlagen wordt 'gestript'. De meest geaccepteerde theorie is echter dat blauwe achterblijvers ontstaan uit botsingen tussen kleinere sterren. In de kern van een bolhoop is het ontzettend vol, waardoor sterren veel makkelijker te dicht bij elkaar kunnen komen dan in een buitenwijk van de Melkweg zoals de omgeving van de zon. Wanneer sterren botsen zullen deze samensmelten en wordt hun materie door elkaar gemengd. De nieuw ontstane ster heeft dan weer genoeg waterstof in de kern om opnieuw te beginnen en is, omdat hij even zwaar is als zijn twee voorgangers samen, heter (en dus blauwer). Deze verjonging is weliswaar tijdelijk van aard: ook een blauwe achterblijver zal in een rode reus veranderen en uiteindelijk opbranden. Want ook sterren kunnen doen wat ze willen - het houdt natuurlijk wel een keer op.