Chandra detecteert titanium in Cassiopeia A

Titanium in Cassiopeia A
Deze compositieafbeelding, bestaande uit beelden van de Chandra röntgentelescoop en de Hubble Space Telescope, toont de supernovarestant Cassiopeia A. de verschillende kleuren vertegenwoordigen verschillende elementen die door Chandra werden gevonden: ijzer is oranje, zuurstof is paars, de hoeveelheid silicium vergeleken met magnesium (groen). Titanium (lichtblauw) voorheen gevonden door de NuSTAR telescoop van de NASA. Credit: NASA / CXC / RIKEN / Sato et al. / NuSTAR.

Astronomen hebben met behulp van de Chandra röntgentelescoop van de NASA naast chroom, ijzer nu ook stabiel titanium gevonden in het centrum van de supernovarestant Cassiopeia A.

Cassiopeia A (Cas A) bevindt zich op een afstand van ongeveer 11.000 lichtjaar van de Aarde. Het is de best bestudeerde nabije supernova restant. Toen de oorspronkelijke ster door zijn brandstof heen was stortte de ster ineen en blies zichzelf als een supernova op waarbij het mogelijk kortstondig het helderste object aan de sterrenhemel is geweest.

Ofschoon wetenschappers denken dat dit omstreeks 1680 zichtbaar moet zijn geweest zijn er geen historische aantekeningen gevonden die dit bevestigen.

Eerder hadden astronomen al met behulp van de NuSTAR telescoop van de NASA een instabiel isotoop van titanium, titanium 44, gevonden op een andere plek in Cas A.

Wetenschappers denken dat het meeste titanium dat we in het dagelijks leven gebruiken, zoals in elektronica, juwelen, etc., tijdens zware explosies van sterren is geproduceerd. Het is echter tot nu toe niet gelukt om precies het moment nadat stabiel titanium is gemaakt, te vangen.

Wanneer de nucleaire krachtbron van een zware ster opraakt stort de kern onder invloed van de zwaartekracht in en ontstaat er een stellaire kern met een enorm hoge dichtheid die een neutronenster wordt genoemd of er ontstaat een zwart gat. Dat laatste gebeurt minder vaak.

Wanneer een neutronenster ontstaat weerkaatst de binnenkant van de ineenstortende zware ster tegen het oppervlak van de stellaire kern en keert de implosie om.

De hitte van deze catastrofale gebeurtenis veroorzaakt een schokgolf die naar buiten raast door de rest van de ten dode opgeschreven ster. Hierbij worden door middel van nucleaire reacties nieuwe elementen gemaakt.

In veel computermodellen van dit proces gaat de energie echter snel verloren en stopt de reis van de schokgolf naar uiten waardoor de supernova-explosie wordt voorkomen.

Recente 3D-computersimulaties suggereren dat neutrino’s die zijn gemaakt bij het ontstaan van de neutronenster een cruciale rolspelen bij het voortstuwen van bellen die snel wegsnellen van de neutronenster. Deze bellen blijven de schokgolf voortstuwen en veroorzaken zo de supernova-explosie.

De onderzoekers ontdekten in Cas A een sterk bewijs voor zo’n door neutrino’s aangedreven explosie.

In de Chandra-gegevens ontdekten ze dat vingervormige structuren die van de plaats van de explosie afwijzen titanium en chroom bevatten, samenvallend met de ijzerresten die eerder met Chandra waren ontdekt.

De voorwaarden die nodig zijn voor het creëren van deze elementen in kernreacties, zoals temperatuur en dichtheid, komen overeen met die van de bellen die in de simulaties de explosies aansturen.

Het titanium dat door Chandra in Cas A is gevonden en dat door deze simulaties wordt voorspeld is een stabiel isotoop van het element.

Volgens de onderzoekers is er nog nooit eerder een signaal van titaniumbellen gezien in een supernova-restant. Dit resultaat is alleen mogelijk dankzij de ongelooflijk scherpe beelden die de Chandra maakte. Het resultaat is volgens de onderzoekers een belangrijke stap in het oplossen van het probleem van hoe deze sterren als supernova exploderen.

Toen de supernova plaatsvond werden titaniumfragmenten diep in het binnenste van de zware ster geproduceerd. Deze fragmenten braken door het oppervlak van de zware ster heen en vormden de rand van de supernovarestant Cas A.

Het onderzoek zou het belangrijkste waarneemresultaat kunnen zijn om de rol van neutrino’s in exploderende zware sterren te onderzoeken sinds de detectie van neutrino’s va supernova 1987A, aldus de onderzoekers.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Artikel: T. Sato et al. 2021. High-entropy ejecta plumes in Cassiopeia A from neutrino-driven convection. Nature 592, 537-540

 

Eerste publicatie: 1 mei 2021
Bron: Sci-News