Een nieuw type supernova-explosie dat veertig jaar geleden al werd voorspeld, is nu voor het eerst waargenomen. Deze ontdekking kan mogelijk ook de uitzonderlijke explosie verklaren die Chinese astronomen in juli 1054 waarnamen. Het overblijfsel daarvan is de bekende Krabnevel.
In maart 2018 ontdekten astronomen een supernova waarvan de explosie slecht drie uur voor zij hun telescoop erop richtten had plaatsgevonden. Dit knallende einde van een ster vond relatief dichtbij plaats; op ‘slechts’ 31 miljoen lichtjaar van de aarde, in het sterrenstelsel NGC 2146.
Twee jaar lang volgden ze de ontwikkeling van de supernova, genaamd 2018zd, en bepaalden ze de chemische samenstelling. Daarnaast doken ze in oude waarnemingen van dit stukje hemel om te achterhalen wat voor ster deze explosie op haar geweten had.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Zware sterren en witte dwergen
Tot nu toe waren er twee soorten supernova’s bekend: thermonucleaire instortingen en ijzerenkerninstortingen. 2018zd past in geen van de twee categorieën. Met een ijzerenkerninstorting krijgen sterren te maken die ruim tien keer zwaarder zijn dan de zon. Als hun kernfusiebrandstof op is, kunnen ze geen weerstand meer bieden aan de zwaartekracht. De ijzerhoudende kernen van dit soort sterren storten in tot een kleine, compacte neutronenster of een zwart gat. Dit levert een explosie op waarbij het buitenste deel van de ster het heelal in wordt geblazen.
De twee supernovasoort komt voort uit een witte dwergster, het overblijfsel van een ster die acht of minder keer zoveel weegt als de zon. Een thermonucleaire supernova ontstaat als een gulzige witte dwergster instort doordat die veel gas van een naburige ster heeft opgezogen.
Elektronenvangst supernova
Precies op de grens tussen deze twee bekende supernovatypen bevindt zich het derde: de elektronvangstsupernova’s of electron-capture supernovae. Dit zou het eindstadium zijn van sterren die acht tot tien keer zo zwaar zijn als de zon. Deze derde categorie werd in 1980 voorgesteld door de Japanse theoreticus Ken’ichi Nomoto.
In deze ‘middenklasse’ van sterren stopt de kernfusie als de kern zuurstof, neon en magnesium bevat. Er is niet genoeg druk van de zwaartekracht om het nog zwaardere ijzer te laten ontstaan. De kern bestaat dan uit een plasma: een soep van atoomkernen en vrije elektronen. Een deel van de elektronen wordt de kernen van de zuurstof-, neon- en magnesiumkernen in geduwd. Die ‘elektronenvangst’ geeft het laatste zetje, waardoor de kern bezwijkt en explodeert in een supernova.
2018zd en de Krabnevel
De eerste hint dat supernova 2018zd tot deze bijzondere derde categorie behoort, was het verloop van het lichtspectrum, vertelt Daichi Hiramatsu van de Universiteit van Californië te Santa Barbara in de VS. ‘Normaal worden supernova’s met een ijzeren kern roder als ze afkoelen’, mailt hij. ‘Maar 2018zd kleurde de eerste vijf dagen juist blauwer en vervolgens pas roder.’
Er vielen steeds meer puzzelstukjes op hun plek toen de onderzoekers meer metingen deden. De chemische samenstelling van de supernova was anders dan bij de eerst twee typen. In de oude data was te zien dat de ster die eraan vooraf ging inderdaad tussen de 8 en 10 zonsmassa’s was. Ook was de explosie relatief zwak. Dit klopt allemaal met de elektronenvangstsupernova zoals Nomoto die voorspelde.
Omdat 2018zd bijna van begin tot eind gevolgd is, konden de onderzoekers deze supernova vergelijken met een andere kanshebber: de supernova uit 1054. Hiervan zijn natuurlijk geen telescoopbeelden, maar het overblijfsel, de Krabnevel, is er nog wel. De informatie daaruit – zoals de chemische samenstelling – komt goed overeen met wat de astronomen zagen bij 2018zd.
Dit duidt erop dat 2018zd en 1054 beide tot de zeldzame elektronenvangstsupernova’s behoren. ‘Dit lijkt de meest natuurlijke verklaring’, zegt Hiramatsu. ‘Maar in theorie is het mogelijk dat het een uitzonderlijke ijzerenkerninstorting is.’
