14 juli 2020

Hoe we dood zouden gaan als er op de plek van de zon een supernova zou uitbarsten

Artistieke impressie van Betelgeuze, de enorme gaspluim en de gasbellen op het oppervlak. Credit: ESO / L. Calçada.

Dát we met z’n allen op aarde doodgaan áls er op de plek van de zon een supernova zou uitbarsten is 100% zeker – de energie die ons zal doden is een miljard keer heviger dan als er een waterstofbom die tegen je aan zit explodeert. De vraag is alleen wát ons dan precies zal doden, de heftige straling, de schokgolf? De vraag wordt in een blog van de sterrenkundige Ethan Siegel van Starts with a Bang beantwoord en het is niet zo gek dat de vraag deze week is gerezen, want sinds het nieuws dat de rode superreus Betelgeuze in Orion flink in helderheid is afgenomen gonst het van de speculaties dat ‘ie mogelijk kaboem gaat als een type II-P supernova, een ‘core-collaps supernova’. Om die speculatie gelijk maar even de kop in te drukken: het lijkt er volgens de meeste deskundigen NIET op dat Betelgeuze daadwerkelijk binnenkort zal exploderen. Zo’n sterke daling van z’n lichtsterkte is vaker gebeurd en zo’n daling is volgens de modellen géén typisch kenmerk van een aanstaande supernova-explosie.

OK, dan die vraag hoe we dan precies doodgaan áls er op de plek van de zon, 149 miljoen km van ons vandaan (Betelgeuze staat op pakweg 640 lichtjaar, dus don’t worry), een supernova zou exploderen (de zon zal nooit een supernova worden, daar is ‘ie veel te licht voor, dus don’t worry). Als de zware ster (minstens acht zonsmassa) die de supernova veroorzaakt door z’n laatste fase van fusieverbranding in z’n kern aanbeland is, waarbij silicium in ijzer wordt omgezet, ziet ‘ie er uit als een soort ui, met verschillende lagen:

Credit: NASA / CXC / S. LEE

Die kern is dan zo’n drie miljard K heet en de silicium > ijzer verbranding heeft slechts 1 dag (!) geduurd. Dan is ‘t ook meteen afgelopen met de ster, want ijzer kan niet fuseren tot nog zwaardere elementen, omdat dat netto meer energie kost dan het oplevert, energie die nodig is om tegendruk te bieden aan de zwaartekracht. De kern van de ster implodeert dan (vermoedelijk tot neutronenster) en de buitenlagen krijgen gedurende tien seconden een energie vanuit de kern aangeleverd van 10^44 Joules en die exploderen dan direct. De energie die dan vrijkomt manifesteert zich op drie manieren: straling (fotonen), de kinetische energie van de buitenlagen, die als een schokgolf expanderen en de neutrino’s. Hamvraag is dan dus: welk van deze drie komt het eerste aan bij de aarde en welk bevat de meeste energie?

Een voorbeeld van het restant van een supernova, de Krabnevel (M1) in het sterrenbeeld Stier, die op 4 juli 1054 explodeerde. Credit: NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU)

Het antwoord: de neutrino’s! Zo’n 99% van alle energie van de supernova wordt door de neutrino’s gedragen en omdat zij het makkelijkst de extreem compacte kern van de ster kunnen verlaten – omdat neutrino’s  niet reageren op de electromagnetische wisselwerking – komen de met de lichtsnelheid reizende neutrino’s eerder bij de aarde aan dan de fotonen. We worden dus eerst door een enorme hoeveelheid neutrino’s bestraald, een hoeveelheid die dodelijk is tot een afstand van 2,4 Astronomische Eenheid van de zon, 360 miljoen km. Je beschermen in een bunker met tien meter dikke muren van lood heeft geen zin, want neutrino’s vliegen daar met gemak doorheen. Na die vloedgolf van neutrino’s, die we niets eens hebben zien aankomen, volgen enkele seconden later de fotonen, gevolgd door de schokgolf van deeltjes. Van de aarde zal dan niets meer over zijn, die is verdampt. Bron: Starts with a Bang.

Comments

  1. Enceladus Enceladus zegt

    Even voor de goede orde: het ijzer in de lepel waarmee jij vanavond soep at, het ijzer in de motor van je auto, waarmee jij vanavond naar huis reed, het ijzer in de laptop waarmee je dit bericht leest: al dat ijzer is toch puur te danken aan een ster die ooit kaboem ging en het ijzer uit zijn kern naar buiten slingerde?

    Groet,
    Gert (Enceladus)

  2. Zo’n waarde als 10^44 joule, daar is mijn voorstellingsvermogen echt veel te klein voor.
    Maar waar komt dat geweld vandaan? Komt er bij de vorming van neutronen door protonen en elektronen zoveel energie vrij ? Zoja, hoe kan dat ?
    Iemand ?

    • Het is vooral potentiële energie veroorzaakt door de zwaartekracht van de imploderende sterkern die via de neutrino’s naar buiten wordt getransporteerd.

      • Hoe wordt die zwaartekracht omgezet in neutrino’s, ofwel waar komen die neutrino’s in dit proces vandaan?

        • In de imploderende sterkern worden elektronen ingevangen en dat zorgt er voor dat de elektronen (negatief geladen) en protonen (positief geladen) veranderen in neutronen (neutraal geladen), hetgeen de neutronenster oplevert. Bij dat proces ontstaan neutrino’s, Als die naar buiten vliegen nemen ze de gravitationele bindingsenergie van de sterkern mee naar buiten, Zie dit vakartikel voor de details van dit proces: https://arxiv.org/pdf/1702.08713

  3. Heb denk ik iets essentieels gemist maar als fusie verder dan ijzer bij dit geweld niet mogelijk is waar komen dan zwaarder dan ijzer elementen vandaan?

    • De elementen zwaarder dan ijzer ontstaan ná de supernova vooral dankzij een proces dat r-capture (van rapid neutron capture) wordt genoemd. Zie: https://en.m.wikipedia.org/wiki/R-process. Veel zware elementen, zoals goud, ontstaan ook bij de botsing van neutronensterren.

      • Oeps, dit gaat me momenteel even boven m’n huidige pet en vermoed dat de komende vrije week hier niet veel verandering in gaat brengen, maar begrijp dat er een soort ‘afterburn’ proces ingrijpender dan de oorspronkelijke explosie/detonatie/implosie heeft plaats gevonden die de zwaardere dan ijzer elementen die we momenteel delven heeft geproduceerd ?
        Zijn er nog vingerafdrukken van onze stardust ouders te vinden ?

      • Enceladus Enceladus zegt

        “Veel zware elementen, zoals goud, ontstaan ook bij de botsing van neutronensterren.”

        Hadden de alchemisten dat maar geweten. 😉

        Groet,
        Gert (Enceladus)

        • Thanks maar nog even voor de duidelijkheid zowel supernova’s als botsingen tussen neutronen sterren kunnen elementen zwaarder dan ijzer produceren ?
          Gezien we op deze aardkloot deze elementen delven moeten we sterren voorouders hebben die er in hun levens cycli voor gezorgd hebben dat mogelijk is?
          Zijn er vingerafdrukken die onze voorouder(s), supernova/neutronen botsing, kunnen duiden ?

          Mvg, Jaap

  4. Mooi en fascinerend, nauwelijks voor te stellen dat uit deze ontzagwekkende hoeveelheid geweld weer een nieuw stelsel ontstaat waar uiteindelijk weer leven ontstaat, dan voel je je erg nietig.

    Dank, Jaap

  5. Cees Klaris zegt

    Het is niet zo dat we het zouden kunnen uitzitten totdat de kern volledig instort. Dus dat je een alert sms krijgt van de gemeente dat na de verwachte afloop van de silicon fusie geen berichten meer worden verstuurd en dat de winkels een gewijzigde openingstijd hanteren in verband met de aanstaande apocalyps door neutrino bombardement. Mocht de Verlosser toch worden gesignaleerd a.u.b. niet dringen voor een handtekening!!

    Lang voordat de ster zou overgaan op helium fusie zijn al zoveel cruciale parameters veranderd dat het leven op de planeet kompleet verdwijnt. De kern van de ster wordt (langzamerhand) steeds zwaarder dus zwaartekracht, magnetische velden, helderheid, straling, temperatuur etc. veranderen zodanig dat evolutie niet meer mogelijk is zelfs niet diep onder de aardkorst. Het leven is ontstaan en heeft zich kunnen ontwikkelen dankzij een lange tijd van stabiliteit (i.e. minimale alteratie) en als dat maar enigszins een klein beetje verandert heeft het een onoverbrugbaar gevolg voor alles wat leeft.

    Kleinere sterren zoals onze zon creëren een min of meer lineaire omgeving voor het ontstaan en succesvolle evolutie van leven en produceren netto dus ‘bewustzijn’ in plaats van zware elementen. Dat bewustzijn komt tot expressie in ‘lichamen’ die bestaan uit de elementen en verbindingen die ontstaan bij de verschillende dynamische processen van sterren en andere astronomische objecten. Het heelal maakt het dus mogelijk dat cognitie zich kan loswurmen uit de ijzeren grip van tijd en de onoverwinbare natuurkrachten.

    • Klopt, het zal zeker geen verrassing moeten zijn als het zover is. Sterker nog, zoals ik vorige week zei is zo’n core collapse supernova het gevolg van een exploderende rode superreus en de aarde is dan al lang verkoold in de buitenlagen van de ster. We zijn er dus al niet meer om die supernova waar te nemen (of we moeten dan verhuisd zijn naar de dwergster Pluto, ons toevluchtsoord in donkere tijden).

      • Waarom zouden we op dwergplaneet(!) Pluto een toevlucht moeten zoeken en waar wachten dan op?

        Als de Zon geen licht en warmte meer geeft, heeft ons leven ook geen drijvende kracht meer. Het Zonnestelsel zal te snel vervallen tot een koude sintel: beter is het om een andere ster te zoeken waar we nog geruime tijd ons kunnen koesteren in het behaaglijke licht en warmte. 🙂

        Misschien is het enige wat Pluto ons tijdelijk kan bieden een ankerplaats, waar we onze lichtzeilen kunnen oplaten, vlak voordat Sol nog een laatste stoot Zonnewind uitstuurt, zodat we kunnen profiteren van een extra zetje in de richting van een ‘nabije’ ster. 😉

        Me dunkt dat tegen die tijd ‘onze soort’ Homo astroniëns al geen planeetbewoner meer is, maar meer een bewoner van onze zelfgebouwde omgeving zal zijn, iets wat in de verste verte lijkt op wat bv I. Asimov in “Nemenis” beschrijft.
        https://nl.wikipedia.org/wiki/Nemesis_(Asimov)

        Groet, Paul

  6. Angele van Oosterom zegt

    Ter info, GRB’s, de’ grotere neven’ van de supernova, worden in het onderzoek van David Sloan e.a. uit 2017 tevens voorgesteld als bedreiging voor het leven op aarde. Ze concludeerden dat een GRB al het leven op aarde zou kunnen decimeren vanaf een afstand van de aarde op minder dan 40 lichtjaren. Tot nu toe zijn er geen mogelijke kandidaten gevonden in die categorie.

    https://www.nature.com/articles/s41598-017-05796-x

    https://www.researchsquare.com/article/0a91d3c3-6cf1-43a5-966d-ad347788590b/v1

    • Cees Klaris zegt

      Toegegeven, zo’n burst frontaal in het gezicht is grof maar we hebben natuurlijk ook gekantelde AGN’s waarvan de jets niet loodrecht op het galactische vlak staan maar in een nauwe hoek of in het ergste geval volkomen parallel. Daardoor schieten de ejecta rechtstreeks in het sterrenstelsel. Dan heb je toch een inhibiterende factor van formaat die de hele galactische schijf door midden splijt. Als bonus voor het proberen baadt de hele regio tot 30 duizend lichtjaar ver in de hoogenergetische straling van de ‘misplaatste’ Fermi bellen. Al met al, het kan altijd nog erger.

      • Kut, m’n diensttijd hopeloos verdaan en geen zicht op reële vergezichten ben ik gedoemd om voor eeuwig te zwijgen.

      • Zijn hier bewijzen voor dat dit al eerder met sterrenstelsels is gebeurd ?
        Ik bedoel verschroeide planeten/halve galactische schijven enz
        Ps
        Alle lezers/bloggers van astroblogs
        alvast een gelukkig nieuwjaar.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: