Het uitgestorte hart van een voorbije sterexplosie

Combinatie van opnamen van de supernovarest Cassiopeia A, gemaakt in verschillende golflengtegebieden. De explosiewolk heeft nu een diameter van ongeveer tien lichtjaar. Foto NASA/JPL-Caltech

Als een zware ster aan het einde van zijn leven explodeert, vormt zich daaruit een bolvormige gaswolk die gelijkmatig in alle richtingen uitdijt. Maar het begin van zo’n sterexplosie, een supernova, is helemaal niet zo gelijkmatig, zo blijkt uit waarnemingen van de Amerikaanse röntgensatelliet NuSTAR. Die heeft voor het eerst de sporen waargenomen van materiaal dat ooit in het hart van een exploderende ster zat. En in dat hart, op zo’n 11.000 lichtjaar van de aarde, bleek het er wild aan toe te gaan (Nature, 20 februari).

NuSTAR nam in totaal 14 uur Cassiopeia A waar, het overblijfsel van een ster die in het jaar 1671 explodeerde. In de kern van deze ster was toen geen kernfusie meer mogelijk, waardoor die onder invloed van zijn eigen gewicht instortte tot een 20 kilometer grote bol van neutronen. Daarbij kwam zoveel energie vrij dat de rest van de ster, die ook bezig was in elkaar te storten, de ruimte in werd geslingerd. Sindsdien is deze explosiewolk uitgedijd tot zijn huidige diameter van tien lichtjaar.

Brian Grefenstette en collega’s hebben uit de NuSTAR-waarnemingen de verdeling van titanium-44 in deze explosiewolk afgeleid. Titanium-44 is een radioactief isotoop dat tijdens de explosie vlak boven het oppervlak van de neutronenster ontstond. Dit isotoop blijkt lang niet zo gelijkmatig in de huidige supernovawolk te zijn verdeeld als de rest van het gas. De verdeling is klonterig en dat wijst er op dat de situatie boven de neutronenster tijdens de explosie zeer instabiel en turbulent was. Er ontstonden een soort convectiecellen die razendsnel – als gevolg van de extreem sterke zwaartekracht – op en neer trilden.

Deze zogeheten convectieve instabiliteiten in het hart van een exploderende ster waren al voorspeld op grond van computersimulaties, maar de sporen ervan konden toen nog niet worden waargenomen. Astronomen denken nu dat de energie van dit instabiliteitsgebied rond de neutronenster het – nog niet goed begrepen – proces van de sterexplosie zou kunnen versterken. De meeste computersimulaties lijken er zelfs op te wijzen dat de turbulenties de meeste energie leveren om een zware ster überhaupt te kunnen laten exploderen. De energie van alleen de inklappende kern is daarvoor misschien niet voldoende.

    • George Beekman