Supernova: 10 Weetjes over de spectaculaire explosie van een ster

Sterren hebben niet het eeuwige leven. In een ster vindt er voortdurend een kernfusie plaats, waarbij waterstof wordt omgezet in helium. Wanneer de waterstof als brandstof stilaan opgebruikt raakt, nadert de ster het einde van haar leven. Een ster kan op verschillende manieren ‘sterven’, afhankelijk van haar massa. De spectaculairste manier is een gigantische explosie, waarbij de stervende ster een enorme hoeveelheid licht en deeltjes het heelal instuurt. Zo’n indrukwekkende explosie van een ster noemt men een supernova.

Het verschijnsel werd al in de oudheid waargenomen, hoewel astronomen in die tijd nog niet goed wisten wat er precies gaande was in de sterrenhemel boven hun hoofd. De moderne wetenschap heeft de raadsels van supernova’s gedeeltelijk weten te ontsluieren. Hieronder 10 weetjes over supernova’s, de gewelddadige dood van sterren.

10. De eerste waarneming gebeurde al in 185 na Christus

sn185

De allereerste vastgelegde waarneming van een supernova vond plaats in het jaar 185 na Christus. Chinese astronomen zagen een opflakkerend lichtverschijnsel aan de hemel, dat zo groot werd als een ‘halve bamboemat’ en dat niet door de hemel bewoog, zoals een komeet dat zou doen.

chinese observatie supernova
De waarnemers zagen dat het verschijnsel langzaam uitdoofde in de acht maanden die daarop volgden. Een verklaring voor dit fenomeen konden ze niet exact geven. De Chinese astronomen beschreven de supernova dan maar als een ster die in die periode toevallig de nachtelijke hemel ‘bezocht’. Het duurde nog tot de jaren 60 van de vorige eeuw tot moderne astronomen een verklaring konden geven van de Chinese observaties in 185 na Christus. Het bleek wel degelijk over een supernova te gaan, waarvan de resten nu nog waarneembaar zijn op een afstand van 8.000 lichtjaar van de aarde. Deze historische supernova kreeg het nummer SN185 en is de oudste beschreven supernova uit de menselijke geschiedenis.

9. Vorming van zwaardere elementen

vorming zware elementen
R. J. Hall/CC BY 2.5/Wikimediacommons

Het klinkt ongelooflijk, maar we bestaan uit heel wat elementen die afkomstig zijn van stervende sterren. In de periode die voorafgaat aan een supernova, treden er een heleboel kernreacties op in een ster, waarbij zwaardere elementen door kernfusie gevormd worden uit lichtere elementen. Niet alleen helium ontstaat door de fusie van verschillende atoomkernen, maar ook elementen als koolstof, zuurstof, calcium en ijzer. Een belangrijk deel van de bouwstenen tot en met ijzer blijkt afkomstig te zijn van kernreacties in sterren die aan het einde van hun leven gekomen waren en een supernova vormden.


8. Enorme neutrino-uitbarstingen

neutrino uitbarsting

Een supernova gaat gepaard met een enorme uitbarsting van neutrino’s. Een neutrino is een ongeladen elementair deeltje, kleiner dan een atoom, dat ongehinderd door materie heen vliegt. Bij een supernova worden er niet minder dan 1057 neutrino’s gevormd in slechts 10 seconden tijd. Die neutrino’s verspreiden zich in de ruimte. Het tijdig detecteren van zo’n ‘burst’ van neutrino’s kan wetenschappers erop wijzen dat er zich in het heelal een supernova voordoet. Daarom werd er wereldwijd een netwerk opgezet van neutrinodetectors. Dit netwerk werd ‘SNEWS’ gedoopt: ‘SuperNova Early Warning System’. De detectors zenden hun gegevens naar een centrale computer in het Brookhaven National Laboratory in Upton, op Long Island bij New York. Als er meer dan twee waarnemingen zijn van een neutrino-burst binnen tien seconden, stuurt het SNEWS-netwerk automatisch een supernova-waarschuwing naar astronomen over heel de wereld.

7. Een supernova als deeltjesversneller

deeltjesversneller

Wetenschappers gebruiken zogenaamde deeltjesversnellers om elementaire deeltjes (protonen, neutronen, enzovoorts) te laten bewegen met een snelheid die de lichtsnelheid benadert. De krachtigste deeltjesversneller op aarde is de ‘Large Hadron Collider’ (LHC), een gigantische ondergrondse constructie op de Frans-Zwitserse grens nabij Genève.

De beste ‘natuurlijke’ deeltjesversneller is echter een supernova. Een supernova is in staat om elementaire deeltjes nog minstens 1.000 keer meer energie te geven dan de LHC. Deze energierijke deeltjes bewegen zich met een enorme snelheid door de ruimte en vormen een belangrijk deel van de zogeheten ‘kosmische straling’. Die kosmische straling bereikt ook onze aarde. In de aardse atmosfeer botsen de energierijke deeltjes tegen zuurstof- en stikstofatomen en zorgen zo voor een ware ‘regen’ van secundaire deeltjes die op aarde terechtkomen.


6. Bron van radioactieve isotopen

radioactieve isotopen
In een supernova worden zwaardere elementen gevormd zoals calcium, zuurstof en ijzer. Een supernova vormt echter ook radioactieve ‘varianten’ of ‘isotopen’ van elementen. ‘Normaal’ ijzer bijvoorbeeld is niet radioactief, maar het isotoop ijzer-60 is dat wel. IJzer-60 wordt gevormd tijdens een supernova. Dankzij deze radioactieve isotopen kunnen onderzoekers vaststellen of er zich in het verleden een supernova heeft voorgedaan niet zo ver van ons zonnestelsel.

‘Niet zo ver’ is in de ruimte heel relatief natuurlijk, het kan gemakkelijk gaan over een afstand van 100 lichtjaar of meer… In 1998 ontdekten wetenschappers sporen van ijzer-60 in de oceaanbodem, die afkomstig zouden zijn van een supernova die 2,8 miljoen jaar geleden plaatsvond.

5. Een supernova kan gevaarlijk zijn voor de aarde

supernova bij aarde

Supernova’s vinden het best heel ver weg van de aarde plaats, want veel goeds hebben ze voor onze planeet niet in petto. De enorme energierijke straling die een supernova uitspuwt, zou alle ozon in onze atmosfeer wegblazen. De schadelijke ultraviolette straling van de zon zou in dat geval ongehinderd de aarde bereiken en het massaal uitsterven van alle leven op aarde veroorzaken.

Gelukkig hoeven we ons niet te veel zorgen te maken over een op til zijnde supernova in de buurt van de aarde. De dichtstbijzijnde ster die ‘kandidaat’ is om haar leven met een indrukwekkende supernova te beëindigen, is IK Pegasi in het sterrenbeeld Pegasus. IK Pegasi is een dubbelster die zich op een veilige afstand van 154 lichtjaar van de aarde bevindt. Volgens sommige astronomen zou de ster Betelgeuse in het sterrenbeeld Orion op het punt staan om te exploderen als een supernova. Maar gelukkig staat Betelgeuse nog veel verder weg: ongeveer 600 lichtjaar van de aarde.


4. Echo’s van supernova’s

SN1572
NASA/CXC/Rutgers/J.Warren & J.Hughes et al

Geluidsgolven die weerkaatsen tegen wanden en rotsen veroorzaken een echo. Hetzelfde gebeurt ook met lichtgolven. Lichtgolven afkomstig van een supernova bereiken soms kosmische stofwolken, die het licht weerkaatsen in de richting van de aarde. Zo is het mogelijk om het licht van een supernova twee keer op aarde waar te nemen: een eerste keer als een direct lichtverschijnsel, een tweede keer (vele tientallen of honderden jaren later) als een veel zwakkere lichtecho.

Een bekend voorbeeld is de supernova SN1572. De Deense astronoom Tycho Brahe nam in het jaar 1572 een supernova waar, die twee weken lang zo helder scheen dat ze ook overdag met het blote oog te zien was. Vele honderden jaren later, in 2008, detecteerden astronomen de lichtecho van deze supernova. De lichtecho was veel zwakker dan het rechtstreekse licht van de exploderende ster in 1572, maar nog steeds voldoende om het spectrum van de lichtstraling te kunnen analyseren.

3. Er treden tien supernova’s op per seconde

veel supernova's per jaar
Wie denkt dat een supernova in het heelal een eerder zeldzaam verschijnsel is, heeft het lelijk mis. Astronomen beschikken over steeds betere telescopen (en zelfs ruimtetelescopen in een baan om de aarde) om het heelal te bestuderen. Ze ontdekken daarom ook steeds meer supernova’s, sommige in relatief nabije sterrenstelsels, andere in verafgelegen. Kijken naar de sterren is echter terugkijken in het verleden. Het licht van een verafgelegen ster of supernova doet er soms honderden jaren over om de aarde te bereiken. Een supernova die we nu waarnemen, kan mogelijk al 500 jaar of 1000 jaar geleden hebben plaatsgevonden.

In een sterrenstelsel komt een supernova niet vaak voor, ongeveer één keer per 100 jaar, maar er zijn zo’n 100 miljard sterrenstelsels. Als alle waarnemingen van supernova’s tot in de diepste uithoeken van de ruimte worden opgeteld, blijkt dat er in het heelal niet minder dan 10 supernova’s per seconde (!) plaatsvinden. Dat betekent dat sterren in het heelal ontploffen zoals popcorn dat doet in een microgolfoven….

2. Supernova’s en de expansie van het heelal

expansie heelal
NASA / WMAP Science Team

De studie van supernova’s leert ons niet alleen iets over het levenseinde van sterren. Uit de observatie van exploderende sterren kunnen de onderzoekers veel afleiden over de structuur en de expansie van het heelal.

De waarnemers kijken onder meer naar de tijd die er verstrijkt tussen het zichtbaar worden en het langzaam uitdoven van een supernova. Daaruit kunnen ze afleiden hoe fel de werkelijke lichtstraling van de supernova was. Als de astronomen dit gegeven vergelijken met de waarneming van de supernova op aarde, is het mogelijk om de afstand van de aarde tot de supernova te berekenen.

Uit de verandering van de golflengte van het uitgezonden licht, de zogenaamde ‘roodverschuiving’, kunnen wetenschappers bepalen hoe snel de supernova van de aarde weg beweegt. Het is immers bekend dat het heelal sinds haar ontstaan voortdurend ‘uitdijt’ en dat sterrenstelsels (inclusief de supernova’s) zich steeds verder van de aarde verwijderen. De studie van supernova’s geeft de astronomen een inzicht in de snelheid van de expansie van het heelal. Het blijkt dat de ruimte steeds sneller aan het uitdijen is.

1. Onderzoek van supernova’s met moderne middelen

onderzoek

Supernova’s worden door astronomen al vele eeuwen waargenomen. Tegenwoordig beschikken we echter over hoogtechnologische hulpmiddelen om een supernova in al haar details te observeren. Een van de onderzoeksprojecten is de ‘Dark Energy Survey’ (DES): een onderzoek dat de expansie van het heelal bestudeert en waar meerdere landen aan meewerken.

De studie van supernova’s is een belangrijk onderdeel van dit project. De Dark Energy Survey maakt gebruik van een speciale camera, die werd gemonteerd op de Victor M. Blanco-telescoop in Chili.

Een ander lopend project is de ‘All-Sky Automated Survey for Supernovae’ of ‘ASAS-SN’. Bij dit project wordt de volledige hemel afgespeurd in één etmaal met behulp van 20 telescopen, verspreid over het noordelijk en zuidelijk halfrond. Behalve supernova’s observeren de onderzoekers van ASAS-SN ook andere verschijnselen zoals kometen, asteroïden en sterrenvlammen. In 2019 werd de ‘Large Synoptic Survey Telescope’ of ‘LSST’ in gebruik genomen op een bergtop in Noord-Chili. Deze telescoop is het neusje van de zalm in de wereld van de astronomie. Hij is nog gevoeliger dan andere moderne telescopen en kan veel verder de ruimte in turen. Met al deze ultramoderne hulpmiddelen zijn wetenschappers in staat om veel meer supernova’s te ontdekken en de kennis van het heelal nog verder uit te breiden.

Meer lijstjes

Vond je deze weetjes over supernova interessant? We hebben veel meer lijstjes over de ruimte, sterren en sterrenstelsels. Bijvoorbeeld: