De elementen waaruit jij, ik en alles om ons heen bestaat, komen uit het binnenste van sterren en de explosies waarmee ze hun leven beëindigen. Wetenschappers hebben nu met een nieuwe ruimtetelescoop ontdekt dat sommige van deze bouwstenen in grotere hoeveelheden kunnen ontstaan dan gedacht.
Met de röntgentelescoop XRISM keken onderzoekers naar Cassiopeia A. Dat is het restant van een ster die zo’n 340 jaar geleden ontplofte. In deze kosmische puinhoop vonden de onderzoekers onverwacht hoge concentraties van drie elementen die cruciaal zijn voor het leven: fosfor, chloor en kalium.
Fosfor zit in je DNA en in de moleculen waarmee je cellen energie opslaan. Kalium zorgt ervoor dat je zenuwen signalen kunnen doorgeven. En chloor speelt een rol in allerlei biologische processen. Zonder deze drie elementen zou het leven zoals wij dat kennen simpelweg niet mogelijk zijn.
Het probleem is dat wetenschappers tot nu toe niet goed konden verklaren waar al dat materiaal vandaan komt. De computermodellen die sterrenexplosies nabootsen, voorspellen tot wel tien keer minder van deze elementen dan we daadwerkelijk in het heelal aantreffen. Er ontbrak duidelijk een puzzelstukje.
De natuurkunde werkt tegen
De reden dat deze elementen zo lastig te maken zijn, heeft te maken met een fundamentele eigenschap die ze delen: ze hebben allemaal een oneven aantal protonen in hun atoomkern. Fosfor heeft er 15, chloor 17 en kalium 19. Bij kernfusie in sterren ontstaan elementen met een even aantal protonen veel gemakkelijker. Voorbeelden zijn zuurstof met 8 protonen, silicium met 14 of ijzer met 26. Die “even” elementen worden rechtstreeks gevormd, terwijl “oneven” atomen via omwegen moeten ontstaan.
Een ster met een bewogen leven
De nieuwe metingen tonen aan dat de ster die de supernova Cassiopeia A veroorzaakte geen doorsnee exemplaar was. En dat is misschien precies wat nodig is om zeldzame elementen te vormen. Waarschijnlijk was de ster geen eenling: onderzoekers denken dat hij een begeleidende partner had die zijn buitenste waterstoflaag heeft “gestolen” voordat hij ontplofte.
Ook vonden ze aanwijzingen dat er in het binnenste van de ster dramatische processen plaatsvonden. Misschien draaide hij heel snel om zijn as of vond er vlak voor de explosie een zogenaamde shell merger plaats. Daarbij mengen de verschillende lagen van een ster plotseling door elkaar vlak voor een ontploffing. Door dat mengen ontstaan andere chemische reacties en worden meer zeldzame elementen gevormd.
Deze verklaring lost mogelijk nog een ander raadsel op. Cassiopeia A bevat namelijk opvallend weinig neon: slechts tien procent van wat je normaal in zulke sterrenresten aantreft. De onderzoekers vermoeden dat hetzelfde proces dat neon “vernietigt” ook verantwoordelijk is voor de extra fosfor, chloor en kalium.
Geconcentreerd in een specifiek gebied
Wat de onderzoekers ook opviel: de elementen zijn niet gelijkmatig door het restant verspreid. De fosfor, chloor en kalium zitten geconcentreerd in een boogvormig gebied dat loopt van het zuidoosten naar het noorden. In het westelijke deel van het restant zijn ze nauwelijks te vinden. Dat onregelmatige patroon is als een vingerafdruk van de chaos die zich in de ster afspeelde vlak voor de ontploffing. Het toont met name aan dat het binnenste van de ster al hevig aan het kolken was.
Waarom konden we dit niet eerder zien?
Dit soort metingen zijn pas mogelijk sinds de XRISM-satelliet in september 2023 werd gelanceerd. De satelliet kan röntgenstraling uit de ruimte met ongekende precisie meten. Dat is cruciaal, want meer dan tachtig procent van het uitgestoten sterrenmateriaal is inmiddels verhit tot miljoenen graden door de schokgolven van de explosie. Zulk heet materiaal zendt röntgenstraling uit en alleen door die straling nauwkeurig te meten kun je de ware samenstelling van het restant achterhalen. Eerdere telescopen waren simpelweg niet gevoelig genoeg om de zwakke signalen van chloor en kalium op te pikken.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Sterrenkundigen zien supernova precies op het moment van ontploffing en Sterren die ineens oplichten: zo spot je een supernova in recordtijd. Of lees dit artikel: Astronomen bouwen ‘snelheidscamera’ voor het heelal die groot kosmisch mysterie moet oplossen.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
