Astronomen die gebruik maken van de James Webb Space Telescope (JWST) hebben mogelijk een mysterieus, 37 jaar durend verstoppertje-spel gewonnen en daarbij het mysterie van de sterrendood opgelost. Ze ontdekten het bekendste bewijs dat een neutronenster zich in de overblijfselen van een van de beroemdste supernova’s in het universum bevindt.
Deze enorme explosie van de ster creëerde zoveel puin dat het enkele jaren duurde voordat een van de krachtigste ruimtetelescopen ooit gemaakt door het wrak van zijn sterdood kon kijken. De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een onderzoek dat op 22 februari in het tijdschrift werd gepubliceerd Wetenschap en bevordert de studie van deze dramatische hemelse sterfgevallen.
“Het mysterie of een neutronenster zich in het stof verbergt, bestaat al meer dan dertig jaar, en het is opwindend dat we het hebben opgelost”, zegt Mike Barlow, co-auteur en astrofysicus van University College London in een verklaring.
[Related: An amateur astronomer spotted a new supernova remarkably close to Earth.]
Wat is een supernova?
Een supernova is de explosieve uiteindelijke dood van enkele van de zwaarste sterren in het bekende universum. Ze komen voor in sterren die acht tot tien keer de massa van onze zon hebben, dus het kan jaren duren voordat al dat gas en energie in elkaar storten. De laatste dodelijke schokken kunnen binnen enkele uren zijn voltooid, maar de explosieve kracht zal over het algemeen binnen enkele maanden zijn hoogtepunt bereiken. Belangrijk is dat supernovae wetenschappers een manier bieden om een belangrijk astronomisch proces in realtime te bestuderen. Explosies als deze vullen de ruimte met ijzer, silicium, koolstof en zuurstof waaruit toekomstige sterren en planeten ontstaan. Ze kunnen zelfs de moleculen creëren die leven creëren.
In het onderzoek keek het team naar Supernova (SN) 1987A. Deze bekende supernova ontstond op 160.000 lichtjaar van de aarde in een gebied dat de Grote Magelhaense Wolk wordt genoemd. Het licht werd voor het eerst op aarde waargenomen in februari 1987, en de helderheid bereikte in mei een hoogtepunt. Het was de eerste supernova die met het blote oog kon worden waargenomen sinds Keplers supernova uit 1604.
“Supernova’s zijn de belangrijkste bronnen van de chemische elementen die het leven mogelijk maken – dus we willen hun modellen corrigeren”, zei Barlow. “Er is geen ander object zoals de neutronenster in Supernova 1987A, zo dichtbij ons en zo recent gevormd. Omdat het materiaal eromheen uitzet, zullen we er naarmate de tijd verstrijkt meer zien.”
SN 1987A wordt ook beschouwd als een kerninstortende supernova, waarvan de verdichte overblijfselen een neutronenster of een zwart gat zouden kunnen vormen. Sommige ongelooflijk kleine subatomaire deeltjes geproduceerd door een supernova genaamd neutrino’s geven aan dat er mogelijk een neutronenster is gevormd. In de bijna veertig jaar sinds de ontdekking van SN 1987A is het echter niet duidelijk geweest of deze neutronenster het heeft overleefd of is ingestort tot een zwart gat. De ster is verborgen door stof van de explosie.
Hoe JWST een neutronenster bevestigde
De waarnemingen voor dit artikel zijn gedaan op 16 juli 2022, net nadat de ruimtetelescoop operationeel werd. Het team in de studie gebruikte de JWST-instrumenten – MIRI en NIRSpec – die de supernova op infrarode golflengten kunnen waarnemen om verder dan het stof te kijken. Ze vonden bewijs van zware argon- en zwavelatomen waarvan de buitenste elektronen waren verwijderd in de buurt van de plaats waar de explosie plaatsvond. Dit proces wordt ionisatie genoemd.
[Related: See the stunning Supernova 1987A in a whole new light.]
Ze modelleerden meerdere scenario’s en ontdekten dat de atomen mogelijk geïoniseerd zijn door ultraviolette en röntgenstraling van een hete, afkoelende neutronenster. Het kan ook te wijten zijn aan winden van relativistische deeltjes die worden versneld door een snel roterende neutronenster die interageert met materiaal van de supernova.
“Onze detectie met de James Webb MIRI- en NIRSpec-spectrometers van sterke geïoniseerde argon- en zwavelemissielijnen vanuit het centrum van de nevel rondom Supernova 1987A is een direct bewijs van de aanwezigheid van een centrale bron van ioniserende straling”, aldus Barlow. “Onze gegevens kunnen alleen worden uitgerust met een neutronenster als energiebron voor die ioniserende straling.”
De bevindingen komen overeen met verschillende theorieën over hoe neutronensterren ontstaan. Modellen suggereren dat zwavel en argon in grote hoeveelheden worden geproduceerd in een stervende ster, vlak voordat deze een supernova wordt. Wetenschappers die SN 1987A en andere supernova’s bestudeerden, voorspelden dat ultraviolette en röntgenstraling in het supernova-overblijfsel zouden wijzen op de aanwezigheid van een pasgeboren neutronenster. Het gebruik van ultraviolet en röntgenstraling heeft ons geholpen het te vinden.
“Deze supernova blijft ons verrassen”, zei co-auteur en astrofysicus aan het Koninklijk Zweeds Instituut voor Technologie Josefin Larsson in een verklaring. “Niemand had voorspeld dat een compact object zou worden gedetecteerd via een supersterke emissielijn van argon, dus het is best leuk dat we het op die manier hebben gevonden bij JWST.”