Astronomen hebben voor het eerst een uiterst zeldzame dubbelster ontdekt die uiteindelijk, over zo’n miljoen jaar, als kilonova zal exploderen.
Kilonova’s zijn nog altijd raadselachtige, kosmische fenomenen. Het zijn in feite zeer krachtige explosies, ongeveer 1000 keer krachtiger dan een klassieke nova, waarbij er zware elementen zoals goud worden weggeslingerd. Daarnaast weten we dat een kilonova zich voordoet in compacte, binaire systemen, bijvoorbeeld wanneer twee neutronensterren of een neutronenster en een zwart gat samensmelten. De voorloper van een kilonova is echter nog nooit rechtstreeks bestudeerd. Maar daar is nu verandering in gekomen.
Zeldzame dubbelster
Astronomen hebben namelijk met behulp van de Chileense SMARTS 1,5-meter telescoop een wel heel zeldzame dubbelster gespot. Het systeem staat bekend als CPD-29 2176 en bevindt zich op een afstand van zo’n 11.400 lichtjaar van de aarde. Na de ontdekking van de dubbelster slaagden onderzoekers er met vervolgwaarnemingen in om de omloopbanen en het type sterren te achterhalen waaruit dit systeem bestaat. Het gaat om een neutronenster die is ontstaan door een gestripte supernova en een massieve ster die op het punt staat zelf in een gestripte supernova te transformeren.
Een gestripte supernova ontstaat wanneer een massieve ster aan het einde van zijn leven is gekomen en explodeert. Vervolgens wordt hij op dat moment van een groot deel van zijn buitenste atmosfeer ontdaan. Anders gezegd, de ster wordt ’gestript’ door een begeleidende ster. Deze klasse van supernovae zijn minder krachtig dan traditionele supernovae, die een nabije begeleidende ster uit het systeem zouden slingeren.
“De neutronenster is ontstaan zonder zijn metgezel uit het systeem te kegelen,” zegt onderzoeker Noel Richardson. “Een gestripte supernova kan dus verklaren waarom beide sterren zich in zo’n krappe baan bevinden.”
Kilonova
Zoals gezegd ontstaat een kilonova wanneer twee neutronensterren samensmelten. En CPD-29 2176 beschikt over alle juiste ‘ingrediënten’ om die kilonova voort te brengen. Op dit moment is er in CPD-29 2176 al één neutronenster gevormd. En de tweede is onderweg. “De andere ster zal daarvoor ook moeten exploderen als een gestripte supernova,” legt Richardson uit. “Wanneer vervolgens de twee ontstane neutronensterren botsen en samensmelten, zal dit leiden tot een kilonova.”
Zeldzaam
Het betekent dat onderzoekers een stersysteem hebben ontdekt dat op een dag een kilonova zal vormen. En dat is een bijzonder knappe prestatie. Dergelijke systemen zijn namelijk fenomenaal zeldzaam. Men vermoedt dat er slechts tien van dergelijke systemen in de hele Melkweg bestaan. “We weten zeker dat de Melkweg minstens 100 miljard sterren bevat – en waarschijnlijk zelfs uit honderden miljarden meer bestaat,” zegt co-auteur André-Nicolas Chené. “Dit betekent dat de kans dat we op het nieuw ontdekte, bizarre, binaire systeem waren gestuit één op tien miljard is. Voorafgaand aan onze studie was de schatting zelfs dat er slechts een of twee van dergelijke systemen zouden moeten bestaan in een spiraalvormig sterrenstelsel zoals de Melkweg.”
Speld in een hooiberg
Kortom, onderzoekers hebben werkelijk een speld in een kosmische hooiberg gevonden. Maar dat is niet het enige bijzondere. Door voorlopers van kilonovae te bestuderen, hopen astronomen namelijk ook het mysterie van hun oorsprong te ontrafelen, wat licht kan werpen op hoe de zwaarste elementen in het heelal het levenslicht zien. “Al geruime tijd speculeren astronomen over de exacte omstandigheden die uiteindelijk tot een kilonova leiden,” zegt Chené. “Onze nieuwe resultaten tonen aan dat – in sommige gevallen – twee neutronensterren kunnen samensmelten wanneer ze zijn ontstaan zonder klassieke supernova-explosie.”
Hoewel CPD-29 2176 dus alles in huis heeft om uiteindelijk een kilonova voort te brengen, is het aan toekomstige astronomen om die gebeurtenis te bestuderen. Het zal namelijk nog een miljoen jaar duren voordat de massieve ster explodeert en transformeert in een tweede neutronenster. Dit nieuwe stellaire overblijfsel en de reeds bestaande neutronenster zullen dan geleidelijk moeten samenvloeien in een kosmisch ballet. Wanneer ze uiteindelijk samensmelten, zal de resulterende kilonova-explosie hele krachtige zwaartekrachtsgolven produceren en een grote hoeveelheid zware elementen wegslingeren, waaronder zilver en goud.
