Gaskogel van ster-explosie snelt door de ruimte

Als een supersonisch vliegtuig vliegt een gaswolk door de ruimte. Hierdoor ontstaat een schokgolf in het interstellaire gas.

In het zuidelijke sterrenbeeld Vela (Zeilen) bevindt zich een uniek kosmisch projectiel. Het is de 'splinter' van een ster die 11.000 jaar geleden explodeerde. Sinds die tijd heeft deze gaskogel met supersone snelheid door het vrijwel stilstaande gas in de ruimte tussen de sterren geploegd. Door zijn snelle beweging ontstaat een schokgolf in het interstellaire gas, net zoals achter een vliegtuig dat sneller vliegt dan het geluid. Hoewel het bestaan van een gaskogel als deze was voorspeld, is het voor het eerst dat er een is waargenomen.

Het kosmische projectiel werd ontdekt door astronomen van het Sterrenkundig Instituut in Utrecht, de Radiosterrenwacht in Dwingeloo en het Max-Planck-Institut für Astronomie in Garching bij München. De ontdekking gebeurde bij toeval, tijdens het analyseren van waarnemingen die de Duitse röntgensatelliet Rosat begin 1992 had verricht aan een merkwaardige ster die af en toe opflakkert. De ontdekking wordt vandaag bekend gemaakt in twee artikelen in Nature.

Het projectiel bevindt zich aan de hemel op ruim 5ß8 van de zogeheten Velapulsar. Dat is een uiterst compact, geheel uit neutronen bestaand sterretje dat elf maal per seconde om zijn as wentelt. Het sterretje zendt aan zijn polen bundels straling uit, die toevallig over de aarde zwiepen en zo als flitsen worden waargenomen. Het knipperen werd in 1968 ontdekt met een radiotelescoop en negen jaar later wist men ook de lichtpulsen te detecteren.

De Velapulsar is de in elkaar geklapte kern van een zware ster, die 11.000 jaar geleden aan het einde van zijn stabiele bestaan was gekomen en explodeerde. Vanwege de kosmisch gesproken geringe afstand - 1600 lichtjaar - moet dat aan de (zuidelijke) hemel een spectaculair verschijnsel hebben opgeleverd. Er verscheen opeens een 'nieuwe', verblindend heldere ster, die wekenlang even helder was als de halfverlichte maan en zelfs aan de daghemel gemakkelijk te zien was. Daarna werd hij zwakker en verdween uit het zicht.

In de jaren zeventig werd ontdekt dat deze pulsar wordt omringd door een min of meer bolvormige, expanderende wolk van draderige nevelslierten. Dit zijn de resten van de buitenste delen van de bovengenoemde geëxplodeerde ster. De nevel heeft aan de hemel een diameter van 7ß8. 'Deze grote omvang maakt het merkwaardig genoeg moeilijk om de nevel goed te bestuderen', zegt Frank Verbunt, een van de ontdekkers van het kosmische projectiel. 'De nevel past namelijk bij lange na niet in het beeldveld van een gewone telescoop'.

De uitdijende gaswolk heeft nu een diameter van 200 lichtjaar. Uit röntgenwaarnemingen blijkt dat zich een eind buiten de noordoostelijke rand een compact object bevindt. Dit moet een deel zijn van de oorspronkelijke ster dat vóór het overige gas is uitgesneld. De gaskogel is sinds het begin van zijn reis uitgedijd en heeft nu een diameter van 3 lichtjaar. De massa wordt geschat op 1600 maal die van de aarde.

Achter de gaskogel bevindt zich een min of meer driehoekig gebied van geringere röntgenintensiteit. Dit is volgens de onderzoekers het gebied van interstellair gas dat verhit is door de schokgolf van de met supersone snelheid bewegende gaskogel. De tophoek van deze zogeheten Mach-kegel bedraagt ongeveer 30ß8: hieruit volgt een snelheid van ongeveer vier maal de lokale geluidssnelheid.

De schokgolf van de eenzame gaskogel heeft ongeveer dezelfde vorm als enkele andere, ook min of meer driehoekige 'uitsteeksels' aan de oostelijke rand van de draderige gasnevel rond de Velapulsar. 'Dit zou er op kunnen wijzen dat er meerdere sterfragmenten zijn die zo'n schokgolf hebben veroorzaakt', aldus Verbunt. 'Maar bij de andere uitsteeksels zijn tot nu toe nog geen compacte objecten gevonden'.

De gaskogel heeft in de afgelopen 11.000 jaar een afstand afgelegd van ongeveer 150 lichtjaar: zijn gemiddelde snelheid bedroeg dus 4100 km per seconde. De huidige snelheid ligt volgens de onderzoekers rond de 1000 km/s. De gaskogel is dus flink afgeremd en moet tijdens de ster-explosie met een veel grotere snelheid dan 4100 km/s zijn weggeslingerd. Verbunt: 'De weerstand van de gaskogel in de interstellaire ruimte heeft er voor gezorgd dat hij één geheel is gebleven. Er komt echter een moment dat dit effect te zwak is geworden om de gasmassa bijeen te houden'.

Computerberekeningen aan ster-explosies laten zien dat een ster niet op een 'mooie', gelijkmatige manier uiteenvliegt. Als gevolg van instabiliteiten wordt zo'n ster voor een deel binnenstebuiten gekeerd en worden er ook hele brokstukken van het sterlichaam weggeslingerd. Dat gebeurt met snelheden in de orde van 10.000 km per seconde. Waarschijnlijk is ook de nu ontdekte gaskogel met zo'n snelheid uit de explosiehaard gelanceerd. Onder gunstige omstandigheden kunnen zulke gaskogels blijkbaar vele duizenden jaren lang intact blijven.

Ook de achterblijvende neutronenster annex pulsar kan overigens door dit raket-effect een duw in een bepaalde richting krijgen. Zo kan verklaard worden dat vele pulsars zich niet meer in het centrum van hun explosiewolk bevinden en met een grote snelheid door de ruimte vliegen. Ook de Velapulsar bevindt zich niet in het centrum van de explosiewolk. Een pulsar kan zelfs zo'n grote snelheid krijgen, dat hij na lange tijd uit het melkwegstelsel vliegt.