Supernovae, het einde van een ster

We beginnen het heelal pas net te verkennen, telkens ontdekken we nieuwe dingen die het verkennen waard zijn. Zo weten we inmiddels redelijk wat over sterren, maar wat gebeurd er als een ster explodeert? Één van de mogelijkheden is een supernova, een krachtige explosie met een lichtkracht van soms wel miljarden zonnen. Uit deze explosie kunnen de mysterieuze zwarte gaten ontstaan. Maar wat houd deze explosie in? Wat is er aan de hand bij dit bijzondere verschijnsel?

Wat is een supernova?

Aan het levenseinde van een ster kan deze exploderen. Dat hier een enorme hoeveelheid energie bij vrijkomt is te zien aan de helderheid van het uitgestraalde licht. De lichtkracht van deze explosie komt namelijk neer op honderden miljoenen tot miljarden zonnen. Zo´n explosie heet een supernova. Er zijn twee hoofdtype supernovae: type I en type II.

Type I en type II zijn te onderscheiden wanneer je een grafiek maakt over het verloop van de helderheid over de volledige levensduur van de supernova. Als je dit doet, zie je dat een supernova van het type I een maand of korter op zijn helderste punt is. Hierna neemt de helderheid zeer gelijkmatig af, elke vijftig dagen halveert ze. Type I supernova straalt vrijwel uitsluitend zichtbaar licht uit. Dit maakt het goed mogelijk ze op grond van hun spectrum in te delen, door spectraallijnen is namelijk te zien uit welke elementen ze bestaan. Zo heb je binnen type I de typen Ia, Ib, Ic en Ipec. In Ia zijn de spectraallijnen van Si (silicium) te zien. Dit type is het helderste en wordt meest waargenomen. Ib is heliumrijk, terwijl Ic juist heliumarm is. De ‘pec’ in Ipec staat voor peculiar, dit wil zeggen met ongebruikelijke eigenschappen. Dit zijn de supernovae van het type I die niet in de andere categorieën passen.

De supernovae van het type II stralen minder licht uit dan die van het type I. Ze stralen echter ook ultraviolet licht uit. Hun maximum duurt langer, en is zwakker dan type I. Ook is de afname van helderheid veel onregelmatiger en trager. upernovae van dit type worden onderverdeeld in II-P, II-L, IIn, IIb en IIpec. De ‘P’ in type II-P staat voor plateau. Van deze supernovae blijft de helderheid grofweg drie maanden hoog voordat hij zichtbaar begint te dalen. Type II-L staat voor lineair. Deze heeft dus geen plateau, de helderheid daalt langzamer. Dit type is zeldzamer. In heeft een aparte, extra waterstoflijn in zijn spectrum. IIb doet er drie maanden over voordat er helium zichtbaar wordt. Hierna zijn supernovae van dit type vergelijkbaar met type Ib. Ook heb je van type II een type ‘pec’. Deze heeft ook weer ongebruikelijk eigenschappen.

Hoe ontstaan Supernovae?

Iedere soort supernova ontstaat op een andere manier. Hieronder staat voor ieder soort beschreven hoe.

Type Ia

Geschat wordt dat zo’n zestig procent van alle sterren zich in een dubbelster bevindt. Dit houdt in dat het gaat om twee of meer sterren die om elkaar heen draaien. Wanneer beide sterren aan het einde van hun levenscyclus zijn gekomen, kunnen ze verschillende hemellichamen worden. Één van de mogelijkheden is een witte dwerg, een ander een rode reus. Als ze in die hemellichamen veranderen kan er stellair kannibalisme optreden. Dit houdt in dat de witte dwerg de buitenste lagen van de rode reus aantrekt. Hierdoor neemt – uiteraard – de massa van de witte dwerg toe. De witte dwerg heeft echter een maximaal mogelijke massa. Zodra hij zwaarder wordt dan 1,2 zonmassa’s stort hij door zijn eigen zwaartekracht binnen enkele seconden ineen. De hoge druk en temperatuur die bij deze instorting vrijkomen veroorzaken kernfusies in de koolstof en zuurstof waar de dwerg uit bestaat. Deze reacties zijn zo hevig dat de ster explodeert. Bij deze explosie wordt radioactief nikkel-56 gevormd, dat vervalt tot ijzer-56. De energie die bij dit verval vrijkomt verhit het exploderende gas nog eens. Het hete gas straalt de energie weer uit in de vorm van licht. Dit verklaart de helderheid van dit type supernova.

Type Ib en Ic

Hoe supernovae van de typen Ib en Ic ontstaan is een stuk minder duidelijk. Vermoedelijk ontstaan ze op dezelfde wijze als type 2 supernovae (hierna besproken), met als verschil dat er geen waterstof aanwezig is. Het verschil tussen Ib en Ic zit in het helium, dat wel aanwezig is bij Ib, maar niet bij Ic.

Type II
Alle supernovae van het type II ontstaan op dezelfde manier. Het zijn zware sterren, die hun nucleaire brandstof opgebruikt hebben. Als de sterren zwaar genoeg zijn, zorgt een implosie binnenin de ster voor een explosie van de buitenste schil.

Vooraf
Voordat de ster een supernova wordt, bestaat hij eerst uit waterstof. Dit wordt omgezet in helium, vervolgens in koolstof en zuurstof, en zo telkens een nieuwe elementen. De kern wordt hiervoor steeds compacter en warmer. Vlak voor de ster explodeert bestaat hij uit verschillende lagen

Implosie
De dichtheid van de ijzeren kern van de ster wordt zo groot, dat de elektronen te dicht bij elkaar zitten. Dit zorgt ervoor dat de ijzerkern implodeert.

Schokgolf
Deze stap naar het ontstaan van een supernova is nog niet helemaal zeker. Vanwege de extreme, complexe en snel veranderende omstandigheden is nog niet te achterhalen wat er in werkelijkheid gebeurd. Vermoedelijk gaat de implosie door totdat er een dichtheid wordt bereikt die even groot is als die van een atoomkern. Op dat moment kan de ster niet verder imploderen en wordt het ineengestorte binnenste een harde bol. De naar buitengelegen ringen vallen nog steeds naar binnen, ze vallen op de bol en ketsen terug. Zo ontstaat er een schokgolf. Deze schokgolf rijt de ster volledig uiteen, soms met behulp van neutrino’s. De kracht van deze schokgolf is groot genoeg om een groot deel van de ster de ruimte in te blazen: de supernova-explosie.

Verschillen
Het verschil in de verschillende soorten supernovae zit hem in de uitgestoten massa. Bij een supernova van het type II-L bestaat deze uit enkele zonmassa’s, bij het type II-P uit enkele tientallen. Typen IIn en IIb verschillen van de andere typen doordat ze enkele anderen stoffen in zich hebben of ontwikkelen.

Peculair

Zowel de typen Ipec als IIpec zijn nog niet aan bod gekomen. Dit is omdat deze supernovae niet eender zijn, het zijn de restgroepen van supernovae die nergens anders ingedeeld konden worden.