Zware sterren eindigen niet altijd als een supernova

De huidige conventionele  theorie zegt dat lichte sterren zoals onze Zon als ze sterven zachtjes hun buitenste lagen wegblazen terwijl zware sterren exploderen als een supernova. Maar om de een of andere reden zijn we er tot nu toe niet in geslaagd om supernova’s te vinden van sterren zwaarder dan 18 zonsmassa. Een team onder leiding van astronomen van SRON hebben nieuwe aanwijzingen gevonden die dit schijnbare mysterie voeden.  Hun bevindingen zijn in de Astrophysical Journal Letters gepubliceerd.

Het onderzoeksteam bekeek met behulp van de XMM-Newton röntgentelescoop het heldere infraroodstelsel Arp 299. Hun doel was om de abundanties te meten van verschillende chemische elementen die normaal worden geproduceerd en in de ruimte worden geslingerd op het moment dat zware sterren exploderen. Ze vonden een mismatch voor de zwaardere elementen ijzer, neon en magnesium vergeleken met bestaande modellen voor hoe sterren hun omgeving verrijken. Volgens hoofdauteur Junjie Mao is dit nog een aanwijzing dat de zeer zware sterren niet als supernova eindigen.

Toen de onderzoekers de gemeten hoeveelheden ijzer, neon en magnesium vergeleken met bestaande modelberekeningen die beschrijven hoe sterren hun omgeving verrijken bleken de resultaten heel anders zijn. Als de verwachte chemische bijdrage van supernova’s met massa’s boven de 23 – 27 zonsmassa uit de modelberekeningen wordt gehaald dan is het verschil tussen het model en de waarnemingen ineens een heel stuk kleiner.

Astronomen begrijpen nog steeds niet waarom sterren van ongeveer 18 zonsmassa’s ongehoorzaam zouden zijn aan de conventionele theorie van sterevolutie en zouden weigeren om als supernova uit te gaan. Een mogelijke verklaring is dat ze meteen ineenstorten tot een zwart gat, zonder een explosie, aldus coauteur Aurora Simionescu van SRON. De onderzoekers hebben nu meer bewijs gevonden dat het einde van het leven van zware sterren er heel anders uit zou kunnen zien dan voorheen werd aangenomen. Het zou meer een stille dood kunnen zijn in plaats van een grote kosmische vuurwerkshow.

Sterevolutie

Wanneer een ster wordt geboren bestaat deze voor het grootste deel uit waterstof, het lichtste element in het heelal. De immense zwaartekracht bouwt druk op in de kern waardoor kernfusie van waterstof naar helium op gang komt. Dit gaat verder als een brandende schil die naar buiten beweegt en een kern van helium achterlaat.

Wanneer deze kern zwaar genoeg is doet de zwaartekracht weer zijn werk en komt er fusie van helium naar koolstof en zuurstof op gang. Uiteindelijk leidt dit tot een gelaagde uienstructuur met steeds zwaardere elementen naar het centrum toe. Sterren boven de acht zonsmassa krijgen lagen waterstof, helium, zuurstof, koolstof, neon, natrium en magnesium en een ijzeren kern. Zo wordt een groot deel van de zwaardere atomen in onze wereld gemaakt.

Onder normale omstandigheden zal ijzer niet fuseren dus het stapelt zich op in de kern totdat het onder zijn eigen gewicht bezwijkt. Hierdoor ontstaat er een kettingreactie, een supernova. Dit zou moeten gebeuren met alle sterren die zwaar genoeg zijn om ijzer in hun kern op te bouwen. En in het algemeen geldt hoe zwaarder de ster is hoe meer chemische elementen de supernova-explosie de ruimte in zal slingeren. Het is nog steeds een raadsel waarom astronomen nu steeds meer bewijzen vinden dat dit niet opgaat voor sterren zwaarder dan 18 zonsmassa.

Artikel: “Elemental Abundances of the Hot Atmosphere of Luminous Infrared Galaxy Arp 299”

Eerste publicatie: 6 september 2021
Bron: SRON