Een Chandra X-ray Observatory-afbeelding van het supernovarestant Cassiopeia A. Credit: NASA / CXC
Supernova-overblijfsel Cassiopeia A (Cas A) is altijd een raadsel geweest. Hoewel de explosie die deze supernova veroorzaakte duidelijk een krachtige gebeurtenis was, was de visuele helderheid van de uitbarsting die meer dan 300 jaar geleden plaatsvond veel minder dan een normale supernova - en werd in feite over het hoofd gezien in de jaren 1600 - en astronomen weten het niet waarom. Een ander mysterie is of de explosie die Cas A veroorzaakte een neutronenster, een zwart gat of helemaal niets achterliet. Maar in 1999 ontdekten astronomen een onbekend helder object in de kern van Cas A. Nu, nieuwe waarnemingen met de Chandra X-Ray Observatory laten zien dat dit object een neutronenster is. Maar daar houden de raadsels niet op: deze neutronenster heeft een koolstofatmosfeer. Het is voor het eerst dat een dergelijke atmosfeer rond zo'n klein, dicht object wordt gedetecteerd.
Het object in de kern is erg klein - slechts ongeveer 20 km breed, wat de sleutel was om het als een neutronenster te identificeren, zei Craig Heinke van de Universiteit van Alberta. Heinke is co-auteur met Wynn Ho van de University of Southampton, UK op een paper dat verschijnt in de editie van 5 november van Nature.
'De enige twee soorten sterren die we kennen, zijn deze kleine, zijn neutronensterren en zwarte gaten', vertelde Heinke aan Space Magazine. “We kunnen uitsluiten dat dit een zwart gat is, omdat er geen licht kan ontsnappen uit zwarte gaten, dus alle röntgenstralen die we zien van zwarte gaten zijn eigenlijk van materiaal dat in het zwarte gat valt. Dergelijke röntgenstralen zijn zeer variabel, omdat je nooit hetzelfde materiaal twee keer ziet, maar we zien geen fluctuaties in de helderheid van dit object. "
Heinke zei dat de Chandra X-ray Observatory de enige telescoop is die scherp genoeg zicht heeft om dit object in zo'n helder supernova-overblijfsel te observeren.
Maar het meest ongebruikelijke aspect van deze neutronenster is de koolstofatmosfeer. Neutronensterren zijn meestal gemaakt van neutronen, maar ze hebben een dunne laag normale materie op het oppervlak, waaronder een dunne, zeer hete atmosfeer van 10 cm. Eerder bestudeerde neutronensterren hebben allemaal een waterstofatmosfeer, wat te verwachten is, aangezien de intense zwaartekracht van de neutronenster de atmosfeer stratificeert en het lichtste element, waterstof, bovenop legt.
Maar niet met dit object in Cas A.
"We waren in staat om modellen te produceren voor de röntgenstraling van een neutronenster met verschillende mogelijke atmosferen", zei Heinke in een e-mailinterview. "Alleen de koolstofatmosfeer kan alle gegevens verklaren die we zien, dus we zijn er vrij zeker van dat deze neutronenster een koolstofatmosfeer heeft, de eerste keer dat we een andere atmosfeer op een neutronenster hebben gezien."
Een artistieke impressie van de neutronenster in Cas A die de kleine omvang van de koolstofatmosfeer laat zien. De atmosfeer van de aarde wordt op dezelfde schaal weergegeven als de neutronenster. Krediet: NASA / CXC / M.Weiss
Dus hoe verklaren Heinke en zijn team het gebrek aan waterstof en helium op deze neutronenster? Zie Cas A als een baby.
"We denken te begrijpen dat we, gezien de echt jonge leeftijd van dit object, het zien op de prille leeftijd van slechts 330 jaar oud, vergeleken met andere neutronensterren die duizenden jaren oud zijn", zei hij. "Tijdens de supernova-explosie die deze neutronenster veroorzaakte (terwijl de kern van de ster instort tot een stadsobject, met een ongelooflijk hoge dichtheid hoger dan atoomkernen), werd de neutronenster verhit tot hoge temperaturen, tot een miljard graden. Het is nu afgekoeld tot een paar miljoen graden, maar we denken dat de hoge temperaturen voldoende waren om kernfusie te produceren op het oppervlak van de neutronenster, waarbij de waterstof en het helium samensmolten tot koolstof. "
Door deze ontdekking hebben onderzoekers nu toegang tot de volledige levenscyclus van een supernova en zullen ze meer leren over de rol die exploderende sterren spelen in de samenstelling van het universum. De meeste mineralen op aarde zijn bijvoorbeeld de producten van supernovae.
"Deze ontdekking helpt ons te begrijpen hoe neutronensterren worden geboren bij gewelddadige supernova-explosies", zegt Heinke.
Bron: interview met Craig Heinke
