Clusters van sterrenstelsels zoals gezien door XMM-Newton. Klik om te vergroten
Clusters van sterrenstelsels zijn de grootste objecten in het heelal. ESA's XMM-Newton-observatorium heeft onlangs twee melkwegclusters bekeken, waardoor astronomen konden leren dat deze clusters grotere hoeveelheden type 1a-supernovae hebben - exploderende witte dwergsterren - dan ons eigen sterrenstelsel.
Dankzij diepe waarnemingen van twee heldere röntgenclusters van sterrenstelsels met ESA's XMM-Newton-satelliet kon een groep internationale astronomen hun chemische samenstelling met een ongekende nauwkeurigheid meten. Het kennen van de chemische samenstelling van sterrenstelselclusters is van cruciaal belang om de oorsprong van chemische elementen in het heelal te begrijpen.
Clusters of conglomeraten van sterrenstelsels zijn de grootste objecten in het heelal. Door ernaar te kijken door middel van optische telescopen is het mogelijk om honderden of zelfs duizenden sterrenstelsels te zien die een volume van enkele miljoenen lichtjaren in beslag nemen. Dergelijke telescopen onthullen echter alleen het topje van de ijsberg. In feite zijn de meeste atomen in clusters van sterrenstelsels in de vorm van heet gas dat röntgenstraling uitzendt, waarbij de massa van het hete gas vijf keer groter is dan de massa in de sterrenstelsels van de cluster zelf.
De meeste chemische elementen die in de sterren van clusters van sterrenstelsels worden geproduceerd - die door supernova-explosies en door stellaire winden in de omringende ruimte worden verdreven, worden onderdeel van het hete röntgenstralende gas. Astronomen verdelen supernovae in twee basistypen: ‘core collapse’ en ‘Type Ia’ supernovae. De supernova's van de ‘kerninstorting’ ontstaan wanneer een ster aan het einde van zijn leven instort in een neutronenster of een zwart gat. Deze supernova's produceren veel zuurstof, neon en magnesium. De Type Ia supernovae explodeert wanneer een witte dwergster die materie consumeert van een begeleidende ster te massief wordt en volledig uit elkaar valt. Dit type produceert veel ijzer en nikkel.
Respectievelijk in november 2002 en augustus 2003, en telkens anderhalve dag lang, heeft XMM-Newton diepe waarnemingen gedaan van de twee melkwegclusters genaamd ‘Sersic 159-03’ en ‘2A 0335 + 096’. Dankzij deze gegevens konden de astronomen de hoeveelheden van negen chemische elementen in de clusters ‘plasma’ ?? bf bepalen? een gas dat geladen deeltjes bevat zoals ionen en elektronen.
Deze elementen omvatten zuurstof, ijzer, neon, magnesium, silicium, argon, calcium, nikkel en - voor het eerst gedetecteerd in een melkwegcluster - chroom. “Door de overvloed van de gedetecteerde elementen te vergelijken met de theoretisch berekende opbrengsten van supernova's, ontdekten we dat ongeveer 30 procent van de supernova's in deze clusters exploderende witte dwergen waren ('Type Ia') en de rest waren aan het einde van hun leven instortende sterren ('core collapse') ', aldus Norbert Werner, van het SRON Nederlands Instituut voor Ruimteonderzoek (Utrecht, Nederland) en een van de hoofdauteurs van deze resultaten.
“Dit aantal ligt tussen de waarde die is gevonden voor onze eigen Melkweg (waarbij Type Ia supernovae ongeveer 13 procent van de supernovae 'populatie' vertegenwoordigt) en de huidige frequentie van supernovae gebeurtenissen zoals bepaald door het Lick Observatory Supernova Search-project (volgens welke over 42 procent van alle waargenomen supernova's zijn type Ia), ”vervolgde hij.
De astronomen ontdekten ook dat alle supernovamodellen veel minder calcium voorspellen dan in clusters wordt waargenomen en dat de waargenomen nikkel-overvloed niet door deze modellen kan worden gereproduceerd. Deze discrepanties geven aan dat de details van supernovaverrijking nog niet duidelijk zijn begrepen. Omdat wordt aangenomen dat clusters van sterrenstelsels eerlijke monsters van het heelal zijn, kan hun röntgenspectroscopie de supernovamodellen helpen verbeteren.
De ruimtelijke verdeling van elementen over een cluster bevat ook informatie over de geschiedenis van clusters zelf. De verdeling van elementen in 2A 0335 + 096 duidt op een aanhoudende fusie. De distributie van zuurstof en ijzer over Sersic 159-03 geeft aan dat terwijl de meeste verrijking door supernovae van de kern instorting lang geleden plaatsvond, Type Ia supernovae het hete gas nog steeds blijft verrijken met zware elementen, vooral in de kern van het cluster.
Oorspronkelijke bron: ESA Portal
