Sommige sterren exploderen wanneer atoomkernen in hun kernen elektronen opzuigen
Wetenschappers bevestigden een decennia-oude voorspelling en vonden het eerste duidelijke voorbeeld van een type stellaire explosie genaamd een elektronenvangende supernova (grote witte stip rechts).
Een lang voorspelde soort kosmische explosie is eindelijk op het toneel verschenen.
Onderzoekers hebben overtuigend bewijs gevonden voor een supernova voor het vastleggen van elektronen, een stellaire explosie die ontbrandt wanneer atoomkernen elektronen opzuigen in de kern van een ster. Het fenomeen werd voor het eerst voorspeld in 1980, maar wetenschappers zijn er nooit zeker van geweest dat ze er een hebben gezien. Een uitbarsting die in 2018 in de lucht verscheen, genaamd supernova 2018zd, komt overeen met verschillende verwachte kenmerken van de ontploffingen, melden wetenschappers 28 juni in Natuurastronomie.
“Hier zijn al zo lang theorieën over, en het is echt leuk dat we er nu een hebben gezien”, zegt astrofysicus Carolyn Doherty van Konkoly Observatory in Boedapest, die niet betrokken was bij het onderzoek.
Supernova’s met elektronenvangst zijn het resultaat van sterren die precies op de afgrond staan ​​om te exploderen. Sterren met meer dan ongeveer 10 keer de massa van de zon gaan supernova nadat de kernfusiereacties in de kern zijn gestopt en de ster zichzelf niet langer kan ondersteunen tegen de zwaartekracht. De kern stort naar binnen in en kaatst dan terug, waardoor de buitenste lagen van de ster naar buiten exploderen (SN: 2/8/17). Kleinere sterren, met minder dan ongeveer acht zonsmassa’s, zijn in staat om instorting te weerstaan, in plaats daarvan vormen ze een dicht object dat een witte dwerg wordt genoemd (SN: 6/30/21). Maar tussen ongeveer acht en tien zonsmassa’s is er een slecht begrepen middenweg voor sterren. Voor sommige sterren die in dat bereik vallen, hebben wetenschappers lang vermoed dat supernova’s met elektronenvangst zouden moeten plaatsvinden.
Tijdens dit type explosie vangen neon- en magnesiumkernen in de kern van een ster elektronen op. In deze reactie verdwijnt een elektron als een proton wordt omgezet in een neutron, en de kern verandert in een ander element. Die elektronenvangst is slecht nieuws voor de ster in zijn oorlog tegen de zwaartekracht, omdat die elektronen de ster helpen in te storten.
Volgens de kwantumfysica gaan elektronen sneller bewegen als ze dicht op elkaar zijn gepakt. Die snelle elektronen oefenen een druk uit die de zwaartekracht naar binnen tegenwerkt. Maar als reacties binnen een ster wegvallen bij het aantal elektronen, verzwakt die ondersteuning. Als de kern van de ster het begeeft – boem – veroorzaakt dat een supernova die elektronen opvangt.
Maar zonder een waarneming van zo’n ontploffing bleef het theoretisch. “De grote vraag hier was: ‘Bestaat dit soort supernova eigenlijk wel?'”, zegt astrofysicus Daichi Hiramatsu van de University of California, Santa Barbara en Las Cumbres Observatory in Goleta, Californië. Mogelijke supernova’s die elektronen opvangen zijn al eerder gemeld, maar het bewijs was niet definitief.
Dus stelden Hiramatsu en collega’s een lijst op van zes criteria waaraan een elektronenvangende supernova moet voldoen. De explosies zouden bijvoorbeeld minder energetisch moeten zijn en verschillende soorten chemische elementen moeten smeden dan meer typische supernova’s. Supernova 2018zd heeft alle vakjes aangevinkt.
Een meevaller hielp het team de zaak af te ronden. Meestal, wanneer wetenschappers een supernova zien, hebben ze weinig informatie over de ster die deze heeft voortgebracht – tegen de tijd dat ze de explosie zien, is de ster al aan stukken geblazen. Maar in dit geval was de ster te zien op eerdere foto’s gemaakt door NASA’s Hubble Space Telescope en Spitzer Space Telescope. De eigenschappen kwamen overeen met de eigenschappen die werden verwacht voor het type ster dat een supernova zou produceren die elektronen zou vangen.
“Alles bij elkaar is het echt veelbelovend”, zegt astrofysicus Pilar Gil-Pons van de Universitat Politècnica de Catalunya in Barcelona. Toen ze de resultaten van de onderzoekers las, zei ze: “Ik werd behoorlijk opgewonden, vooral over de identificatie van de voorouder.”
Het vinden van meer van deze supernova’s zou kunnen helpen hun voorouders te onthullen, misfitte sterren in die vreemde massa-middenweg. Het zou wetenschappers ook kunnen helpen om de kloof tussen sterren die wel en niet zullen exploderen beter te dichten. En de waarnemingen zouden kunnen onthullen hoe vaak deze ongewone supernova’s voorkomen, een belangrijk stukje informatie om beter te begrijpen hoe supernova’s de kosmos bezaaien met chemische elementen.
