Telescoop maakt ongekend beeld van wat er overblijft van een ster na een dubbele explosie

Een sterexplosie is een heftige gebeurtenis. Meestal is er een ster bij betrokken met meer dan acht keer de massa van onze zon, die zijn nucleaire brandstof opraakt en een kerninstorting ondergaat, wat een enkele krachtige explosie veroorzaakt.

Maar een zeldzamer type supernova betreft een ander soort ster – een stellair overblijfsel, een zogenaamde witte dwerg – en een dubbele detonatie. En voor het eerst is er fotografisch bewijs van de resten van een ster die dit heeft meegemaakt. De bevinding wordt beschreven in een studie die woensdag (2) is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy .

De opeenvolgende explosies verwoestten een witte dwerg met een massa die bijna gelijk was aan die van de zon. Deze bevond zich op ongeveer 160.000 lichtjaar van de aarde, in de richting van het sterrenbeeld Dorado, in een sterrenstelsel nabij de Melkweg, de Grote Magelhaense Wolk. Een lichtjaar is de afstand die licht in één jaar aflegt: 9,5 biljoen kilometer.

De afbeelding toont de scène van de explosie ongeveer 300 jaar na dato. Er zijn twee concentrische schillen van het element calcium te zien die naar buiten bewegen.

De explosie zou het gevolg zijn van de interactie tussen een witte dwerg en een andere ster in een zeer nauwe baan om de zon – hetzij een andere witte dwerg, hetzij een ster met een ongebruikelijk hoog heliumgehalte – dat wil zeggen een dubbelstersysteem.

De primaire witte dwerg zou door zijn zwaartekracht helium van zijn begeleider beginnen te zuigen. Het helium op het oppervlak van de witte dwerg zou uiteindelijk zo heet en dicht worden dat hij zou detoneren, wat een schokgolf zou veroorzaken die de onderliggende kern van de ster zou comprimeren en ontsteken en een tweede detonatie zou veroorzaken.

"Er is niets meer over. De witte dwerg is volledig verwoest", aldus Priyam Das, promovendus astrofysica aan de University of New South Wales Canberra in Australië en hoofdauteur van de studie.

"Het tijdsinterval tussen de twee detonaties wordt in wezen bepaald door de tijd die de heliumdetonatie nodig heeft om van de ene pool van de ster naar de andere te reizen. Het is slechts twee seconden", aldus astrofysicus en medeauteur van de studie Ivo Seitenzahl, gasthoogleraar aan de Australian National University in Canberra.

De onderzoekers gebruikten het Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)-instrument op de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili om de verdeling van verschillende chemische elementen in het supernovarestant in kaart te brengen. Calcium is in blauw te zien op de afbeelding: een buitenste ring die is ontstaan ​​door de eerste detonatie en een binnenste ring die is ontstaan ​​door de tweede.

Deze twee calciumlagen vormen "perfect bewijs voor het mechanisme van de dubbele detonatie", aldus Das. "We kunnen dit forensische astronomie noemen, aangezien we de resten van sterren bestuderen om te begrijpen wat hun dood heeft veroorzaakt."

Sterren met een massa tot acht keer die van onze zon lijken voorbestemd om witte dwergen te worden. Uiteindelijk verbruiken ze alle waterstof die ze als brandstof gebruiken. De zwaartekracht zorgt er vervolgens voor dat ze instorten en hun buitenste lagen afstoten tot een "rode reus", waardoor een compacte kern achterblijft: de witte dwerg. De overgrote meerderheid van deze sterren explodeert niet als supernova.

Hoewel wetenschappers wisten dat er supernova's bestonden zoals beschreven in de studie, was er geen duidelijk visueel bewijs van de dubbele detonatie. Zulke supernova's zijn belangrijk voor de chemie aan de hemel, omdat ze zwaardere elementen zoals calcium, zwavel en ijzer vormen.

"Dit is essentieel voor het begrijpen van de chemische evolutie van het heelal, inclusief de bouwstenen van planeten en leven", aldus Das.

In de nieuwe waarnemingen van de nasleep van de supernova werd ook een zwavellaag geïdentificeerd. IJzer is een cruciaal onderdeel van de planetaire samenstelling van de aarde en, uiteraard, een bestanddeel van menselijke rode bloedcellen.

Naast het wetenschappelijke belang heeft het beeld ook esthetische waarde.

"Het is prachtig," zei Seitenzahl. "We zien de geboorte van elementen in de dood van een ster. De oerknal produceerde alleen waterstof, helium en lithium. Hier zien we hoe calcium, zwavel of ijzer worden geproduceerd en weer terug in het sterrenstelsel worden verspreid, een kosmische cyclus van materie."