Deze Chandra-röntgenfoto toont Cassiopeia A (kortweg Cas A), het jongste supernova-overblijfsel in de Melkweg.
(Afbeelding: © NASA / CXC / MIT / UMass Amherst / M.D. Stage et al.)
Een verblindend heldere ster komt in beeld in een hoek van de nachtelijke hemel - hij was er nog maar een paar uur geleden, maar nu brandt hij als een baken.
Die heldere ster is eigenlijk geen ster, althans niet meer. Het schitterende lichtpunt is de explosie van een ster die het einde van zijn leven heeft bereikt, ook wel bekend als een supernova.
Supernovae kan hele sterrenstelsels kort overtreffen en meer energie uitstralen dan onze zon gedurende haar hele leven. Ze zijn ook de belangrijkste bron van zware elementen in het universum. Volgens NASA zijn supernova's "de grootste explosie die in de ruimte plaatsvindt".
Geschiedenis van supernova-waarnemingen
Verschillende beschavingen hebben supernova's geregistreerd lang voordat de telescoop werd uitgevonden. De oudste geregistreerde supernova is RCW 86, die Chinese astronomen zagen in 185 na Christus. Uit hun gegevens blijkt dat deze "gastster" acht maanden in de lucht bleef, volgens NASA.
Vóór het begin van de 17e eeuw (toen telescopen beschikbaar kwamen) zijn er volgens Encyclopedia Britannica slechts zeven geregistreerde supernova's.
Wat we tegenwoordig kennen als de Krabnevel is de beroemdste van deze supernova's. Chinese en Koreaanse astronomen hebben deze sterexplosie in 1054 in hun archief geregistreerd, en zuidwestelijke indianen hebben het misschien ook gezien (volgens rotsschilderingen in Arizona en New Mexico). De supernova die de Krabnevel vormde, was zo helder dat astronomen hem overdag konden zien.
Andere supernova's die werden waargenomen voordat de telescoop werd uitgevonden, vonden plaats in 393, 1006, 1181, 1572 (bestudeerd door de beroemde astronoom Tycho Brahe) en 1604. Brahe schreef over zijn waarnemingen van de 'nieuwe ster' in zijn boek 'De nova stella', "die aanleiding gaf tot de naam" nova ". Een nova verschilt echter van een supernova. Beide zijn plotselinge uitbarstingen van helderheid als hete gassen naar buiten worden geblazen, maar voor een supernova is de explosie catastrofaal en betekent het einde van het leven van de ster, volgens Encyclopedia Britannica.
De term "supernova" werd pas in de jaren dertig gebruikt. Het eerste gebruik was door Walter Baade en Fritz Zwicky bij Mount Wilson Observatory, die het gebruikten in verband met een explosieve gebeurtenis die ze waarnamen, genaamd S Andromedae (ook bekend als SN 1885A). Het bevond zich in de Andromeda Galaxy. Ze suggereerden ook dat supernova's plaatsvinden wanneer gewone sterren in neutronensterren instorten.
In de moderne tijd was een van de bekendere supernova's SN 1987A uit 1987, die nog steeds wordt bestudeerd door astronomen omdat ze kunnen zien hoe een supernova evolueert in de eerste decennia na de explosie.
Sterfsterfte
Gemiddeld zal een supernova ongeveer eens in de 50 jaar voorkomen in een melkwegstelsel ter grootte van de Melkweg. Anders gezegd, een ster explodeert elke seconde of zo ergens in het universum, en sommige daarvan zijn niet te ver van de aarde verwijderd. Ongeveer 10 miljoen jaar geleden creëerde een cluster van supernova's de 'Local Bubble', een 300 lichtjaar lange, pinda-vormige gasbel in het interstellaire medium dat het zonnestelsel omringt.
Hoe een ster precies sterft, hangt gedeeltelijk af van zijn massa. Onze zon heeft bijvoorbeeld niet genoeg massa om als supernova te exploderen (hoewel het nieuws voor de aarde nog steeds niet goed is, want zodra de zon zijn nucleaire brandstof opraakt, zal hij misschien over een paar miljard jaar opzwellen) in een rode reus die waarschijnlijk onze wereld zal verdampen, voordat hij geleidelijk afkoelt tot een witte dwerg). Maar met de juiste hoeveelheid massa kan een ster door een vurige explosie uitbranden.
Een ster kan op twee manieren supernova worden:
- Type I supernova: ster verzamelt materie van een nabijgelegen buur totdat een weggelopen kernreactie ontbrandt.
- Type II supernova: ster heeft geen nucleaire brandstof meer en stort in onder zijn eigen zwaartekracht.
Type II supernovae
Laten we eerst naar de meer opwindende Type II kijken. Om een ster te laten exploderen als een type II-supernova, moet deze meerdere malen zwaarder zijn dan de zon (schattingen lopen van acht tot vijftien zonsmassa's). Net als de zon zal hij uiteindelijk zonder waterstof komen en dan in de kern heliumbrandstof. Het heeft echter voldoende massa en druk om koolstof te laten samensmelten. Dit is wat er vervolgens gebeurt:
- Geleidelijk zwaardere elementen bouwen zich op in het midden en het wordt gelaagd als een ui, met elementen die lichter worden naar de buitenkant van de ster.
- Zodra de kern van de ster een bepaalde massa (de Chandrasekhar-limiet) overschrijdt, begint de ster te imploderen (om deze reden staan deze supernova's ook bekend als supernova's voor het instorten van de kern).
- De kern warmt op en wordt dichter.
- Uiteindelijk stuitert de implosie terug van de kern, waardoor het stellaire materiaal de ruimte in wordt gedreven en de supernova vormt.
Wat overblijft is een ultra-compact object dat een neutronenster wordt genoemd, een object ter grootte van een stad dat de massa van de zon in een kleine ruimte kan verpakken.
Er zijn subcategorieën van type II-supernova's, ingedeeld op basis van hun lichtkrommen. Het licht van Type II-L supernova's neemt gestaag af na de explosie, terwijl het licht van Type II-P een tijdje stabiel blijft voordat het afneemt. Beide typen hebben de signatuur van waterstof in hun spectra.
Sterren die veel zwaarder zijn dan de zon (ongeveer 20 tot 30 zonsmassa's) exploderen misschien niet als een supernova, denken astronomen. In plaats daarvan storten ze in tot zwarte gaten.
Type I supernovae
Type I supernova's missen een waterstofsignatuur in hun lichtspectra.
Over het algemeen wordt aangenomen dat type Ia-supernova's afkomstig zijn van witte dwergsterren in een nauw binair systeem. Terwijl het gas van de begeleidende ster zich ophoopt op de witte dwerg, wordt de witte dwerg geleidelijk gecomprimeerd en veroorzaakt uiteindelijk een weggelopen kernreactie binnenin die uiteindelijk leidt tot een catastrofale supernova-uitbarsting.
Astronomen gebruiken supernova's van type Ia als "standaardkaarsen" om kosmische afstanden te meten, omdat wordt aangenomen dat ze allemaal met dezelfde helderheid op hun toppen stralen.
Type Ib en Ic supernova's ondergaan ook kerninslag net als type II supernova's, maar ze hebben de meeste van hun buitenste waterstofomhulsels verloren. In 2014 ontdekten wetenschappers de zwakke, moeilijk te lokaliseren metgezel van een Type Ib-supernova. De zoektocht duurde twee decennia, omdat de begeleidende ster veel zwakker scheen dan de heldere supernova.
Op heterdaad betrapt
Recente studies hebben aangetoond dat supernova's trillen als gigantische luidsprekers en een hoorbaar gezoem uitzenden voordat ze exploderen.
In 2008 vingen wetenschappers voor het eerst een supernova tijdens een explosie. Terwijl ze naar haar computerscherm tuurde, verwachtte astronoom Alicia Soderberg de kleine gloeiende vlek van een maand oude supernova te zien. Maar wat zij en haar collega in plaats daarvan zagen, was een vreemde, extreem heldere röntgenfoto van vijf minuten.
Met die waarneming werden ze de eerste astronomen die een ster vingen tijdens een explosie. De nieuwe supernova werd SN 2008D genoemd. Nader onderzoek heeft aangetoond dat de supernova enkele ongebruikelijke eigenschappen had.
"Onze waarnemingen en modellering laten zien dat dit een nogal ongebruikelijke gebeurtenis is, om beter te worden begrepen in termen van een object dat op de grens ligt tussen normale supernova's en gammaflitsen", Paolo Mazzali, een Italiaanse astrofysicus bij de Padova Observatory en Max- Planck Institute for Astrophysics, vertelde Space.com in een interview uit 2008.
Aanvullende rapportage door Elizabeth Howell en Nola Taylor Redd, medewerkers van Space.com
Extra middelen
- In het tijdschrift Science bespreken astronomen "The Metamorphosis of Supernova SN 2008D."
- In Astronomy & Astrophysics hebben astronomen meegewerkt aan een artikel, "Constraints on High-Energy Neutrino Emission From SN 2008D."
- Een NASA-persbericht uit 2008 kondigt de waarneming aan van een exploderende supernova.
