Als reuzensterren al hun waterstof voor de fusieprocessen in de kern hebben opgebruikt, storten ze in onder hun eigen gewicht en exploderen ze in een energie-uitbarsting die het hele sterrenstelsel kan verlichten.
Deze energieke explosies worden supernova’s genoemd en zijn de laatste stuiptrekkingen van een ster. Wat overblijft is een compacte neutronenster.
Maar bij een handvol stervende sterren blijft de verwoestende explosie uit: zij gaan uit als een nachtkaars.
Een zo’n ster is nu ontdekt op 11.400 lichtjaar van de aarde. Hij heeft een uiterst zeldzaam stelsel van sterren achtergelaten, dat alle potentie heeft om te eindigen in een van de meest extreme verschijnselen die we kennen.
Het stersysteem, dat de welluidende naam CPD-29 2176 kreeg, is een tweelingstelsel met een neutronenster en een zogeheten blauwe reus, die in een cyclus van 60 dagen om de neutronenster draait.
Als ook de blauwe ster op een dag instort tot een neutronenster, zijn de twee zonnen gedoemd om op elkaar te botsen in een gigantische explosie, waarbij licht uitgestraald wordt dat 1000 keer zo helder is als een gewone supernova. We spreken van een kilonova, waarbij de allerzwaarste elementen ontstaan, zoals platina, goud en lood.
Eerste keer ooit
In 2017 namen astronomen voor het eerst de nasleep waar van een kilonova, waarbij twee neutronensterren met elkaar in botsing kwamen. Maar de nieuwe vondst op 11.400 lichtjaar afstand is het eerste dubbelstersysteem waarvan astronomen al weten dat het zal eindigen als kilonova.
Atomen worden zwaarder door neutronen te vangen
1. Botsing creëert bloedhete gaswolk
Bij een botsing tussen twee neutronensterren ontstaan een zwart gat en een bloedhete gaswolk die zich in alle richtingen verspreidt.
2. Atomen absorberen vrije neutronen
De gaswolk zit vol vrije neutronen (blauw). Die worden geabsorbeerd door middelzware atomen, bijvoorbeeld van ijzer, die ook in deze wolk rondzweven.
3. Neutronen maken atoomkernen instabiel
Als een stabiele atoomkern een neutron absorbeert, wordt hij instabiel.
4. Neutronen veranderen in protonen
De kern stabiliseert door een elektron af te stoten. Hierdoor verandert het neutron in een proton (rood) en ontstaat er een nieuw en zwaarder atoom.
5. Nieuw neutron zet proces opnieuw in gang
Het atoom absorbeert nog een neutron en het hele proces begint opnieuw. Zo ontstaan steeds zwaardere elementen, tot aan uranium – het zwaarste element dat vrijwel stabiel is.
‘We weten dat de Melkweg zeker 100 miljard sterren bevat, en waarschijnlijk honderden miljarden meer. Dit opmerkelijke binaire systeem komt eens in de 10 miljard keer voor,’ zegt André-Nicolas Chené, een van de onderzoekers, in een persbericht.
Een van de dingen die onderzoekers het meest verbaasde over het zeldzame stersysteem, is de manier waarop de twee sterren om elkaar heen draaien. In hun berekeningen zagen ze een ‘vreemde cirkelvormige baan’. Die verschilde markant van de lange elliptische baan die kenmerkend is voor de meeste dubbelstelsels.
Een artistieke weergave van het binaire stelsel CPD-29 2176 met een blauwe reus en een kleine neutronenster.
Volgens de onderzoekers is de vreemde baan te wijten aan het feit dat de huidige neutronenster niet explodeerde met een gigantische knal, zoals we gewend zijn van supernova’s, en dat de explosie van de ingestorte kern relatief zwak en niet extreem genoeg was om de twee sterren in de bekende elliptische baan te sturen.
Astronomen voorspellen dat de twee neutronensterren uiteindelijk in een doodsspiraal terecht zullen komen, culminerend in een kilonova. En hoewel die gebeurtenis miljoenen jaren in de toekomst kan liggen, denken de wetenschappers dat het vreemde stersysteem ons meer kennis kan opleveren over de enorme explosies in de ruimte en de achterliggende oorzaken.
‘Astronomen vragen zich al lang af wat de specifieke omstandigheden zijn die tot een kilonova kunnen leiden,’ zegt André-Nicolas Chené.
‘Deze nieuwe resultaten laten zien dat twee neutronensterren kunnen botsen als een ervan ontstaat zonder klassieke supernova-explosie,’ legt hij uit.