Stervende sterren vullen het heelal met grote hoeveelheden stof, waar vervolgens weer nieuwe sterren en planeten uit geboren worden.
Stof is een bouwsteen voor veel dingen in het universum – planeten in het bijzonder. Wanneer stof zich door het heelal verspreidt, brengt het namelijk essentiële elementen mee, waardoor nieuwe planeten het levenslicht zien. Maar waar dit rijke, kosmische stof precies vandaan komt, is een vraag die astronomen al tientallen jaren bezighoudt. Een nieuwe studie licht nu een tipje van de sluier op.
Supernova’s
In het verleden is al eens geopperd dat het kosmische stof afkomstig zou kunnen zijn van supernova’s: exploderende, stervende sterren. Nadat de stervende ster op spectaculaire wijze is ontploft, zet het overgebleven gas uit en koelt af, waarbij er stof ontstaat. “Direct bewijs van dit fenomeen is tot nu toe echter gering,” zegt onderzoeksleider Melissa Shahbandeh. “We zijn tot nu toe alleen nog in staat geweest om het stof te bestuderen in één relatief nabije supernova, namelijk SN 1987A, die zo’n 170.000 lichtjaar verwijderd is van de aarde.” Dat we niet meer waarnemingen hebben, is goed te verklaren. “Als het gas voldoende is afgekoeld om stof te vormen, is dat stof alleen detecteerbaar bij mid-infrarode golflengten, mits het instrument gevoelig genoeg is,” legt Shahbandeh uit.
James Webb
Daarom besloot Shahbandeh in een nieuwe studie samen met haar collega’s de hulp in te roepen van de krachtige James Webb-telescoop. Webb is namelijk uitgerust met het Mid-Infrared Instrument; een heel gevoelig instrument dat bestaat uit een spectograaf en een camera. De onderzoekers concentreerden zich op twee verre, type II supernova’s, te weten SN 2004et en SN 2017eaw. Deze supernova’s bevinden zich in het balkspiraalstelsel NGC 6946, op zo’n 22 miljoen lichtjaar afstand.
Een type II supernova treedt op wanneer een massieve ster – van zo’n 8 tot 50 zonmassa’s – geen nucleaire brandstof meer heeft, instort en explodeert in een gewelddadige uitbarsting van energie en materie. Meestal worden deze gebeurtenissen waargenomen in de armen van spiraalstelsels, waar zich populaties van jonge, massieve sterren bevinden – die zijn namelijk nodig om een type II supernova te laten plaatsvinden. De buitenste kern van de ster stort onder invloed van de zwaartekracht in met een ongelofelijke snelheid van wel 250 miljoen kilometer per uur – ofwel 23 procent van de lichtsnelheid. In slechts tien luttele seconden komt er bij een dergelijke explosie net zoveel energie vrij als de zon tijdens haar hele leven van tien miljard jaar genereert.
De nieuwe waarnemingen onthullen dat beide supernova’s inderdaad grote hoeveelheden stof wegslingeren. Zo detecteerden de onderzoekers enorme hopen in de ejecta van deze objecten.
Enorme hopen stof
En het gaat om werkelijk enorm veel stof. Nabij SN 2004et vonden de onderzoekers zelfs meer dan 5.000 aardmassa’s stof. “Dit is de hoogste stofmassa die nabij een supernova is gedetecteerd sinds SN 1987A,” aldus onderzoeker Ori Fox. En mogelijk is dit nog maar het topje van de ijsberg. Hoewel Webb’s krachtige instrumenten koel stof kunnen detecteren, zou het kunnen dat er nog koeler stof onopgemerkt is gebleven, dat nog verder het elektromagnetische spectrum in straalt en door de buitenste stoflagen aan het zicht wordt onttrokken.
Stoffabrieken
Hoe dan ook, de studie laat onomstotelijk zien dat exploderende sterren inderdaad enorme hoeveelheden stof produceren. En dat bevestigt het vermoeden van astronomen. Sterker nog, het zet hun theorie zelfs steviger in de schoenen. Astronomen dachten al wel dat supernova’s stof konden produceren, maar de vraag bleef hoeveel daarvan de interne schokken die na de explosie weerkaatsen, kan overleven. Maar de enorme hoeveelheden die nu nabij SN 2004et en SN 2017eaw zijn gezien, suggereren dat het deze hevige schokgolven met gemak doorstaat. Dit bewijst dat supernova’s toch echt belangrijke stoffabrieken zijn.
Jonge, verre sterrenstelsels
Het betekent dat stervende sterren het heelal vullen met grote hoeveelheden kosmisch stof, waar vervolgens weer nieuwe sterren en planeten uit geboren worden. Dit verklaart tevens waar al dat stof in vroege sterrenstelsels vandaan komt. Astronomen weten namelijk dat jonge, verre sterrenstelsels vol stof zitten. Dergelijke sterrenstelsels bevatten echter te weinig middelzware sterren – zoals onze zon – die deze hoeveelheden hadden kunnen leveren. Maar massievere, kortlevende sterren waren er mogelijk in overvloed. En toen zij stierven, vulden ze de stelsels waarschijnlijk met grote hoeveelheden stof. Dit suggereert dat supernova’s mogelijk tevens een sleutelrol speelden bij het leveren van stof aan het vroege universum.
Dankzij James Webb zijn astronomen erin geslaagd weer een belangrijke, kosmische vraag te beantwoorden. En de bevindingen zijn mogelijk een opmaat naar meer. Zo laat de studie zien hoe supernova’s en hun stofproductie kunnen worden bestudeerd met behulp van Webb, wat de weg vrij maakt naar meer onderzoek. “We zouden bijvoorbeeld graag beter willen begrijpen wat dit stof vertelt over de kern van de ster die explodeerde,” zegt Fox. “Dankzij onze resultaten denk ik dat andere wetenschappers in de toekomst innovatieve manieren zullen bedenken om deze stoffige supernova’s in meer detail te bekijken.”
