Supernova’s

Grote, zware sterren leven korter dan kleine, lichte sterretjes. Ze komen ook veel gewelddadiger aan hun eind. Na de fusie van waterstof tot helium en van helium tot koolstof komen er nog meer kernreacties op gang. Het inwendige van een zware ster is namelijk zo heet, dat ook koolstofatomen fuseren tot zwaardere elementen, zoals zuurstof, silicium, magnesium enzovoorts.

Op den duur vertoont de ster een schilstructuur als een ui: in de ‘mantel’ van de ster wordt waterstof omgezet in helium, daaronder bevindt zich een schil waarin heliumatomen fuseren tot koolstofatomen, nog dieper is er een schil waarin koolstoffusie optreedt, enzovoorts. En steeds zijn het de nieuwe kernfusiereacties die weerstand bieden aan de zwaartekracht van de ster. De eigen energieproductie voorkomt dat de ster onder zijn eigen gewicht ineenstort.supernova_gammaflits

Het gaat echter een keer fout. In het binnenste van de ster worden uiteindelijk zware atoomkernen van ijzer gevormd, en dat zijn de meest stabiele atoomkernen die in de natuur voorkomen. Ze zullen nooit spontaan fuseren tot nog weer zwaardere elementen, en er lijkt nu echt een einde gekomen te zijn aan de kernfusiereacties in de ster. De energieproductie komt dus tot stilstand, en de ster begint onder zijn eigen gewicht ineen te storten.

In het binnenste van de ster worden de atoomkernen zo dicht op elkaar geperst, dat er uiteindelijk een supercompacte bal ontstaat die vrijwel uitsluitend uit neutronen is opgebouwd – kerndeeltjes zonder elektrische lading. Die neutronenkern heeft een middellijn van enkele tientallen kilometers, maar is een paar keer zo zwaar als de zon. Hij laat zich niet verder samendrukken, en de buitenste gaslagen van de ster, die met hoge snelheid naar binnen vallen, komen abrupt tot stilstand op deze bolvormige ‘muur’ van neutronen. Bij die klap komt zo veel energie vrij, dat de buitenlagen van de ster vervolgens het heelal in geblazen worden. De ster spat uit elkaar in een geweldige explosie, die honderd miljard keer zo helder kan zijn als de zon.

Zo’n exploderende ster wordt een supernova genoemd. Die naam is afgeleid van de Latijnse benaming ‘stella nova’ (nieuwe ster). Voor waarnemers op aarde lijkt het namelijk of er een nieuwe ster aan de hemel is ontstaan. Chinese en Koreaanse astronomen zagen op 4 juli 1054 bijvoorbeeld zo’n ‘nieuwe ster’ oplichten in het sterrenbeeld Stier. Op de plaats van de explosie bevindt zich nu een uitdijende gasnevel (de Krabnevel) – het stoffelijk overschot van de ontplofte ster.

Supernova’s zijn de ware alchemisten van de kosmos. In de voorafgaande evolutiefasen van de ster zijn al grote hoeveelheden zware elementen gevormd, maar tijdens de explosie vindt er een waar inferno aan kernfusiereacties plaats, waarbij ook elementen zwaarder dan ijzer ontstaan, zoals lood, goud en uranium. Vrijwel alle zware elementen in de wereld om ons heen zijn ontstaan tijdens supernova-explosies.

Niet alle supernova’s ontstaan door de explosieve levensbeëindiging van een zware ster. Ook in een betrekkelijk licht dubbelstersysteem kan een supernova-explosie optreden. Wanneer een van de componenten van een dubbelster het rode-reuzenstadium al is gepasseerd, en geëvolueerd is tot een compacte, hete witte dwerg, kan de verdere evolutie ingrijpend beïnvloed worden door de begeleidende ster. Die zwelt in een later stadium op tot rode reus, en kan daarbij zo groot worden dat een deel van de buitenlagen van de ster ‘overstroomt’ naar de witte dwerg.

Witte dwergen zijn ‘gedegeneerde’ sterren: in de kern wordt geen energie meer geproduceerd, en het zijn de vrije elektronen in het sterrengas die weerstand bieden tegen de zwaartekracht. Maar als de witte dwerg te zwaar wordt, is die elektronendruk niet langer in staat om de verdere ineenstorting van de ster tegen te houden. Wanneer er zo veel gas is overgestroomd van de begeleider dat de massa van de witte dwerg veertig procent groter is dan de massa van de zon, gaat het onherroepelijk fout: de witte dwerg stort onder zijn eigen gewicht ineen, er vormt zich (net als in de laatste levensfase van een zware ster) een kleine kern van neutronen, en de buitenlagen van de ster worden op explosieve wijze de ruimte in geslingerd.

Supernova-explosies zijn vrij zeldzaam, maar omdat ze zo enorm helder zijn, kun je ze tot op grote afstanden zien. In 1987 vond een supernova-explosie plaats in de Grote Magelhaense Wolk, op een kleine 170.000 lichtjaar afstand van de aarde. Die ‘nieuwe ster’ was (vanaf het zuidelijk halfrond) gemakkelijk met het blote oog zichtbaar. Een supernova-explosie in ons eigen Melkwegstelsel is natuurlijk nog veel helderder. Helaas worden de meeste supernova’s in de Melkweg aan het zicht onttrokken door de absorberende werking van stofwolken in de interstellaire ruimte.

Leave a Reply