Westerlund 1 (Wd1, ook wel Ara Cluster genoemd) is een compact jong superster cluster in ons Melkwegstelsel, op een geschatte afstand van ongeveer 3,5–5 kiloparsec (12.000–16.000 lichtjaren) van de Aarde. Door sterke interstellaire extinctie (absorptie en reddening) in de richting van het cluster is het optisch moeilijk zichtbaar; het is daarom vooral bestudeerd in het nabij-infrarood en met röntgentelescopen. De visuele extinctie wordt geschat op vele magnituden (A_V ~ 10–13), waardoor Wd1 lange tijd grotendeels onopgemerkt bleef na zijn ontdekking.

Algemene eigenschappen

Westerlund 1 wordt beschouwd als het meest massieve compacte jonge sterrencomplex dat bekend is in de gehele Lokale Groep van melkwegstelsels. De leeftijd van het cluster wordt geschat op enkele miljoenen jaren (ongeveer 3–5 miljoen jaar), wat betekent dat het een zeer jonge, maar al sterk geëvolueerde populatie van zware sterren bevat. De totale gebonden massa is hoog — schattingen variëren, maar liggen typisch in de orde van minstens enkele 10.000 tot mogelijk >10^5 zonmassa's — waardoor Wd1 een uitschieter is onder de jonge Milky Way-clusters.

Ontdekking en onderzoek

Wd1 werd ontdekt door de Zweedse astronoom Bengt Westerlund in 1961. Omdat het cluster in sterke stofwolken ligt en daardoor optisch verduisterd is, bleef de echte omvang en het belang pas duidelijk na waarnemingen in het nabij-infrarood en met instrumenten als de Very Large Telescope en de röntgensatelliet Chandra. Die latere waarnemingen onthulden een uitzonderlijk grote concentratie van zeldzame, zware en sterk geëvolueerde sterren, waardoor Wd1 een belangrijk laboratorium werd voor het bestuderen van de evolutie, het massaverlies en interacties van hoge-massa sterren.

Samenstelling van het cluster

De sterrenhoop bevat een groot aantal zeldzame, geëvolueerde, hoge-massa sterren, waaronder onder andere:

  • zes gele hyperreuzen
  • vier rode superreuzen
  • ongeveer 24 Wolf-Rayet sterren
  • een lichtblauwe variabele (LBV)
  • veel OB superreuzen en andere vroege-type superreuzen
  • een ongewone superreus van het sgB[e]-type (mogelijk het resultaat van een recente stellaire fusie)

Daarnaast hebben röntgenwaarnemingen de aanwezigheid van een vreemde röntgenpulsar aangetoond: een langzaam draaiende neutronenster (bekend als de magnetar CXOU J164710.2−455216). De aanwezigheid van deze neutronenster impliceert dat zeer zware voorlopersterren in Wd1 soms neutronensterren in plaats van zwarte gaten kunnen achterlaten, wat belangrijke consequenties heeft voor modellen van supernova-explosies en eindstadia van massieve sterren.

Wetenschappelijke betekenis

Doordat de meeste sterren in Wd1 vrijwel gelijktijdig zijn gevormd (een enkele uitbarsting van stervorming), hebben ze vergelijkbare leeftijden en samenstellingen. Dat maakt het cluster tot een waardevol natuurlijk laboratorium om de sequentiële evolutie van hoge-massa sterren te bestuderen — van OB-superreuzen via Wolf-Rayet-fasen tot supernova-progenitoren. Wd1 is bovendien een handige, relatief nabij gelegen analogie voor de veel zwaardere en moeilijker waarneembare supersterrenclusters in andere sterrenstelsels, waardoor het inzicht uit Wd1 kan worden toegepast op extragalactische stervormingsomgevingen.

Toekomst en evolutie

Op lange termijn zal Westerlund 1 dynamisch evolueren: interacties tussen leden, massaverlies door sterwinden en supernovae en verstoringen door de galactische omgeving zullen zijn massa en structuur veranderen. Als een groot deel van de massa gebonden blijft, kan het cluster zich ontwikkelen tot een oudere, compacte, bolvormige concentratie van sterren; het is echter ook mogelijk dat het gedeeltelijk uiteenvalt en veel van zijn lichtere leden verliest. Doorlopende waarnemingen (in het nabij-infrarood, röntgen en spectroscopie) blijven cruciaal om de dynamica, binaire fractie en toekomstige ontwikkeling van dit uitzonderlijke cluster te volgen.

Wd1 blijft een van de belangrijkste doelen voor onderzoek naar massieve sterren, hun onderlinge interacties en de rol van binariteit en fusies in de evolutie van de zwaarste sterrenstelsels. Door de combinatie van hoge massa, diversiteit aan geëvolueerde objecten en relatieve nabijheid is Westerlund 1 uniek in onze Melkweg.