Volgens astronomen is een heel eenzaam type supernova-explosie het gevolg van een botsing tussen een neutronenster en een witte dwergster.

Een bepaald type supernova-explosie lijkt altijd plaats te vinden op grote afstand van de overige sterren in een sterrenstelsel én heel veel calcium te produceren. Wat voor mechanisme zit hierachter? Dat is binnen de sterrenkunde al jaren een mysterie. Een team van Britse en Zweedse astronomen heeft nu een mogelijke verklaring bedacht. Volgens hen botsen een neutronenster en een witte dwergster op elkaar, terwijl ze eerder samen uit hun sterrenstelsel zijn geschoten.

Leeg stuk ruimte

We hebben het hier over de zogenoemde calciumrijke transients (een transient is niets meer dan een sterrenkundig verschijnsel van voorbijgaande aarde). Wat deze explosies bijzonder maakt, is dat tot de helft van de materie die ze uitstoten uit het element calcium bestaat. Bij andere supernova’s is dat maar een kleine fractie. Dit zou zomaar kunnen betekenen dat het grootste deel van calcium in ons heelal is gecreëerd tijdens dit soort explosies.

Een andere bijzondere eigenschap van deze explosies is de locatie: tienduizenden lichtjaren verwijderd van de sterren in een sterrenstelsel. Dat is vreemd, want aangenomen mag worden dat zo’n calciumrijke transient – net als een gewone supernova – het gevolg is van een exploderende ster. Hoe kan zoiets plaatsvinden in een ogenschijnlijk leeg stuk ruimte?

Geen dwergstelsels

Joseph Lyman (Universiteit van Warwick) en collega’s besloten met waarnemingen van de Very Large Telescope in Chili en ruimtetelescoop Hubble te onderzoeken of er misschien toch iets te vinden was in de buurt van een aantal relatief nabije calciumrijke transients. Waren er misschien heel zwakke dwergsterrenstelsels of bolvormige sterrenhopen te vinden? Van dat soort objecten was echter niets te zien.

Oké, dan is zo’n calciumrijke transient dus het gevolg van een eenzame, zware ster die het sterrenstelsel uit is geschoten en die vervolgens is ontploft, zou je kunnen denken. Maar ook dat is onwaarschijnlijk, want bij dit type supernova is heel weinig waterstof te zien. Dat moet dus door een andere ster zijn losgetrokken van de ster in kwestie, voordat hij explodeerde – maar dat soort andere sterren zijn ook niet te vinden in de buurt van een calciumrijke transient.

Korte gammaflitsen

Uiteindelijk lieten de astronomen zich inspireren door het verschijnsel short gamma-ray bursts, oftewel: gammaflitsen van korte duur. Deze ontstaan, zo denkt men, als twee neutronensterren (compacte overblijfselen van zware sterren) op elkaar botsen, of als een neutronenster samengaat met een zwart gat. Zo’n gebeurtenis zou geen calciumrijke transient kunnen veroorzaken, redeneerde het team, maar iets vergelijkbaars wel: wanneer een neutronenster en een witte dwergster – een ‘dode’, niet al te zware ster die door zijn brandstof heen is – op elkaar botsen.

Het scenario dat het team van Lyman bedacht, is nu als volgt: in een sterrenstelsel zijn er dubbelsterren die bestaan uit een witte dwerg en een zware ster. Die zware ster verandert aan het einde van zijn bestaan in een supernova, een proces waarbij een neutronenster kan overblijven. Door de kracht van de supernova-explosie krijgt die neutronenster een flinke duw, die hem, samen met de witte dwerg, het sterrenstelsel uit lanceert met een snelheid van honderden kilometers per seconde. Later, als het tweetal ex-sterren zich op grote afstand van het stelsel bevinden, gaan ze samen – wat leidt tot een tweede, zwakkere supernova-achtige explosie. Het vele calcium dat bij die explosie vrijkomt, kan worden geleverd door de witte dwerg.

Gammaflitsen en zwaartekrachtsgolven

Als calciumrijke transients echt op die manier plaatsvinden, zou er een gammaflits met hoge energie bij moeten ontstaan; daar zou vervolgonderzoek naar kunnen kijken. Daarnaast zou het samengaan van twee zulke zware objecten – een neutronenster en een witte dwerg – voor het ontstaan van zwaartekrachtsgolven moeten zorgen; rimpelingen in de ruimtetijd, voorspeld door Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie. Ook dat verschijnsel zou in de toekomst kunnen worden waargenomen. Maar in elk geval hebben Lyman en collega’s een plausibel klinkende verklaring bedacht voor een verschijnsel dat astronomen al jaren bezighoudt.

Bronnen: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, University of Warwick

Beeld: © Mark A. Garlick/Space-art.co.uk/University of Warwick