Jouw bestaan wordt mede mogelijk gemaakt door specifieke chemische elementen. En dankzij ruimtetelescoop James Webb weten we nu waar enkele van die belangrijke elementen hoogstwaarschijnlijk hun oorsprong vinden.
Waarnemingen van de ruimtetelescoop hinten erop dat de elementen in kwestie op spectaculaire wijze ontstaan, namelijk tijdens zware explosies in de ruimte. Dat is te lezen in het blad Nature.
Botsende neutronensterren
Wetenschappers trekken die conclusie nadat ze zo’n zware explosie met behulp van grond- en ruimtetelescopen – waaronder ook James Webb – observeerden. De explosie was hoogstwaarschijnlijk het resultaat van een botsing tussen twee neutronensterren en ging gepaard met één van de helderste gammaflitsen die wetenschappers ooit hebben gezien. “Gammaflitsen ontstaan door krachtige straalstromen (of jets, red.) die bijna met de snelheid van het licht reizen,” vertelt onderzoeker Ben Gompertz. “En in dit geval werden die straalstromen aangezwengeld door een botsing tussen twee neutronensterren. Die sterren hebben miljarden jaren spiraalsgewijs naar elkaar toe bewogen, alvorens te botsen en de gammaflits te produceren die we in maart van dit jaar zagen.”
Telluur en jodium
Met behulp van verschillende telescopen observeerden wetenschappers de nasleep van deze explosie. En daarbij ontdekten ze onder meer het zware element telluur. Ook andere zware elementen die zich in het periodiek systeem vrij dicht bij telluur bevinden, zijn hoogstwaarschijnlijk tijdens de explosie ontstaan. Het zou dan onder meer gaan om jodium; een element dat vrij belangrijk is voor leven zoals wij dat kennen. Maar ook thorium heeft waarschijnlijk dankzij de explosie het levenslicht gezien.
Bewijs was lastig te vinden
Wetenschappers vermoeden al langer dat fuserende neutronensterren de ideale omgeving vormen voor het ontstaan van zeldzamere elementen die aanzienlijk zwaarder zijn dan ijzer. Maar bewijzen dat dat inderdaad zo is, is lastig gebleken. Dat komt allereerst doordat kilonovae – zoals de explosies die ontstaan als twee neutronensterren fuseren, genoemd worden – vrij zeldzaam zijn. Daarmee is het vanzelfsprekend ook vrij lastig om er getuige van te zijn. Daar komt nog eens bij dat de gammaflitsen die tijdens zo’n explosie kunnen ontstaan en ons op zo’n explosie kunnen attenderen, doorgaans nog geen twee seconden aanhouden.
Lange flits
Maar in maart van dit jaar hadden wetenschappers geluk. Want twee botsende neutronensterren brachten niet alleen een uitzonderlijk heldere, maar ook een opmerkelijk lang aanhoudende gammaflits voort. Zo wist de flits – aangeduid als GRB 230307A – wel 200 seconden stand te houden. Na de eerste detectie van die gammaflits, richtten astronomen er direct een breed scala aan telescopen op, waaronder James Webb. Met behulp van de uiterst gevoelige infraroodtelescoop slaagden onderzoekers er in om de locatie van de zware explosie vast te stellen en de gevolgen ervan vrij gedetailleerd te onderzoeken. Zo is het mede aan James Webb te danken dat wetenschappers nu kunnen concluderen dat telluur – een element dat hier op aarde nog zeldzamer is dan platina – door botsende neutronensterren wordt voortgebracht. Ook zijn hints van andere elementen, zoals zeldzame aardmetalen, waargenomen.
Dankzij Webb
“Er zijn ons pas een handvol kilonovae bekend en het is voor het eerst dat we met de James Webb-ruimtetelescoop naar de nasleep van een kilonova konden kijken,” vertelt onderzoeker Andrew Levan. “Iets meer dan 150 jaar nadat Dmitri Mendeleev het periodiek systeem optekende, zijn we eindelijk in staat om de laatste ontbrekende informatie omtrent het ontstaan van sommige elementen toe te voegen en dat allemaal dankzij de James Webb-telescoop.” Collega Samantha Oates sluit zich daarbij aan: “Een paar jaar geleden waren ontdekkingen zoals deze nog ondenkbaar geweest, maar dankzij de James Webb-ruimtetelescoop kunnen we deze fusies (tussen neutronensterren, red.) geweldig gedetailleerd observeren.”
De waarnemingen zijn vanzelfsprekend van grote waarde. Maar er staat ons nog veel meer te wachten, zo beloven astronomen. “Tot voor kort dachten we dat fusies (tussen neutronensterren, red.) gammaflitsen niet langer dan 2 seconden konden aandrijven,” vertelt Gompertz. “Onze volgende taak is nu om meer van deze lang standhoudende flitsen te vinden en een beter beeld te krijgen van de drijvende krachten erachter en vast te stellen of daarbij misschien nog zwaardere elementen ontstaan.”
