Klassieke nova’s zijn de producenten van lithium in het heelal

Explosie periodieke nova RS Ophiuchi
Artist impressie van de periodieke nova RS Ophiuchi. Dit is een dubbelster in het sterrenbeeld Ophiuchus – Slangendrager die ongeveer 5000 lichtjaar van ons is verwijderd. Deze nova explodeert ongeveer om de 20 jaar als het gas dat van de grotere begeleider op de witte dwerg valt een temperatuur van ongeveer 10 miljoen graden heeft bereikt. Credit: A. Hardy.

 

Een team onderzoekers, onder leiding van de astrofysicus Sumner Starrfield van de Arizona State University, heeft theorie gecombineerd met waarnemingen en laboratoriumonderzoeken en op die manier bepaalt dat een klasse van sterexplosies, klassieke supernovae genoemd, verantwoordelijk zijn voor het meeste lithium in het heelal en ons zonnestelsel.

De resultaten van hun onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in The Astrophysical Journal van de American Astronomical Society.

Lithium is een belangrijk element voor ons want het wordt verwerkt in hittebestendig glas en keramiek, lithium batterijen en lithium-ion batterijen. Het is dus wel leuk om te weten waar dit element vandaan komt. Daarnaast is het belangrijk om onze kennis over de bronnen van de elementen te kennen die we in ons lichaam en overal in ons zonnestelsel tegen komen, te vergroten.

Het team heeft verder vastgesteld dat een fractie van deze klassieke novae evolueren totdat ze exploderen als supernovae van het type Ia. Deze exploderende sterren worden helderder dan een sterrenstelsel en kunnen op zeer grote afstanden in het heelal worden ontdekt.

Als zodanig worden ze gebruikt om de evolutie van het heelal te bestuderen en waren ze de supernovae die halverwege de jaren ’90 werden gebruikt om donkere energie te ontdekken. Deze donkere energie wordt verantwoordelijk gehouden voor de uitdijing van het heelal.

Klassieke novae

Tijdens het ontstaan van het heelal, de Oerknal genoemd, ontstonden hoofdzakelijk de elementen waterstof, helium en een beetje lithium. Alle andere chemische elementen, waaronder het overgrote deel van het lithium, worden in sterren gemaakt.

Klassieke novae zijn een klasse sterren bestaande uit een witte dwerg (een stellair overblijfsel met de massa van de Zon maar de grootte van de Aarde) en een grotere ster die in een nauwe baan om de witte dwerg draait.

Vanuit de grotere ster valt er gas op de witte dwerg en als er voldoende gas is verzameld door de dwerg volgt er een explosie, nova genoemd. In ons sterrenstelsel vinden er gemiddeld ongeveer 50 explosies per jaar plaats en de helderste worden wereldwijd door astronomen bestudeerd.

Simulaties, waarnemingen en meteorieten

De auteurs hebben in deze studie verschillende methodes gebruikt om de hoeveelheid geproduceerd lithium bij een nova-explosie te bepalen. Ze combineerden computersimulaties over hoe lithium wordt geproduceerd door de explosie, hoe het gas wordt uitgestoten en wat de totale chemische samenstelling zou moeten zijn, samen met telescoopwaarnemingen van het uitgestoten gas om de samenstelling daadwerkelijk te meten.

Starrfield gebruikte zijn computercodes om de explosies te simuleren en werkte samen met coauteur en American Astronomical Fellow Charles Woodward van de universiteit van Minnesota en coauteur Mark Wagner van het Large Binocular Telescope Observatory in Tucson om met behulp van telescopen op de grond, in een baan om de Aarde en het vliegende SOFIA-observatorium, gegevens over nova-explosies te verkrijgen.

Coauteurs en astrofysici Christian Iliadis van de universiteit van North Carolina en W. Raphael Hix van het Oak Ridge National Laboratory en de universiteit van Tennessee gaven inzicht in de nucleaire reacties in sterren die essentieel zijn om de verschillende berekeningen die nodig waren voor het onderzoek, op te lossen.

Coauteur en isotoop kosmochemicus Maitrayee Bose van de Arizona State University analyseert meteorieten en interplanetaire stofdeeltjes die kleine rotsen bevatten die in verschillende soorten sterren zijn ontstaan.

Oudere studies hebben aangetoond dat een klein gedeelte van het sterrenstof in meteorieten is ontstaan tijdens een nova. Het is dus belangrijk te weten dat nova-uitbarstingen hebben bijgedragen aan de moleculaire wolk waaruit ons zonnestelsel is ontstaan. Het onderzoek van Bose voorspelt erg specifieke samenstellingen van stofdeeltjes van sterren die in nova uitbarstingen ontstaan en die onveranderd zijn sinds hun ontstaan.

Volgens Starrfield is het onderzoek nog niet afgerond en worden waarnemingen nog steeds gecombineerd met de theorie. De onderzoekers hopen in de toekomst gebruik te kunnen maken van de James Webb Space Telescope en de Nancy Grace Roman Telescope om novae te bestuderen en meer te leren over de oorsprong van ons heelal.

Artikel: “Carbon–Oxygen Classical Novae Are Galactic 7Li Producers as well as Potential Supernova Ia Progenitors” by Sumner Starrfield, Maitrayee Bose, Christian Iliadis, W. Raphael Hix, Charles E. Woodward and R. Mark Wagner, 27 May 2020, Astrophysical Journal.

 

Eerste publicatie: 2 juni 2020
Bron: SciTechDaily