25 oktober 2020

Tsja, drie soorten type Ia supernovae maakt afstandsbepaling wel lastig

Een type Ia supernovae (linksonder). Dit was SN 1994D in NGC 4526. Credit: High-Z Supernova Search Team/HST/NASA

Eén van de belangrijkste methodes om afstanden in het heelal te meten is die waarbij gebruik wordt gemaakt van de type Ia supernovae. Dat zijn witte dwergen die een thermonucleaire explosie ondergaan als ze door massatoevoer zwaarder worden dan 1,4 zonsmassa, de zogeheten Limiet van Chandrasekhar, vernoemd naar haar ontdekker Subramanyan Chandrasekhar, die ‘m tussen 1931 en 1935 formuleerde. Sterrenkundigen herkennen de Ia supernovae aan hun spectrum: geen waterstof (H I), wel absorptielijnen van geïoniseerd silicium (Si II), nikkel en ijzer tijdens het maximum. Omdat ze altijd exploderen bij een massa van 1,4 keer die van de zon is hun absolute lichtsterkte altijd hetzelfde, visueel -19,3 (vijf miljard keer zo helder als de zon). Tenminste, dat is het geval als er één type Ia supernova is. Maar wat blijkt steeds meer uit onderzoek: dat er niet één type Ia supernova is, maar… drie! In een recent artikel in Science (helaas achter een paywall) beschrijft Daniel Clery dat er maar liefst drie mechanismen blijken te zijn waarop een witte dwerg te zwaar kan worden en dan kaboom doet. Hieronder een illustratie van de drie mechanismen, daaronder een uitleg.

Credit: Daniel Clery

  1. De klassieke type Ia supernova is een witte dwerg, waar een rode reus bij staat. Qua massa zijn de twee objecten ongeveer gelijk. De witte dwerg trekt materie aan van de rode reus, vooral waterstof, en dat kan er dan voor zorgen dat in het centrum koolstof gaat fuseren, hetgeen op haar beurt weer kan leiden tot een thermonucleaire explosie. Dat gebeurt als de Limiet van Chandrasekhar wordt bereikt en de witte dwerg z’n buitenlagen wegblaast.
  2. Dan zijn er de gevallen waarbij twee witte dwergen om elkaar draaien en op een gegeven moment botsen en samensmelten. Als dat gebeurt kan in de héél zware witte dwerg die ontstaat ook fusie van koolstof plaatsvinden en dan krijg je na enkele seconden een explosie. Die explosie kan alleen erg asymmetrisch zijn en de witte dwerg die ‘m veroorzaakt is zwaarder dan 1,4 zonsmassa.
  3. Dan is er de situatie óók met twee witte dwergen, alleen vindt er geen botsing en samensmelting plaats, maar ‘steelt’ de ene witte dwerg helium van de ander. Er bouwt zich een heliumlaag op die ene witte dwerg en op een gegeven moment explodeert die laag. De schokgolven van die laag gaan ook richting kern van de witte dwerg en die zal dan exploderen. Dan gebeurt met een witte dwerg die lichter is dan 1,4 zonsmassa. De andere witte dwerg zal daarbij weggekatapulteerd worden.

Kortom, drie soorten type Ia supernovae met verschillende massa’s. Dat maakt het lastig om met deze supernovae afstanden in het heelal te meten. Samen met onder andere de parallax-methode en de veranderlijke sterren Cepheïden maken de type Ia supernovae deel uit van de Kosmische Afstandsladder, die gebruikt wordt om afstanden in het lokale heelal te meten (zie de grafiek hieronder, kpc=3.200 lichtjaar, Mpc=3.200.000 lichtjaar).

Credit: brews_ohare / Wikipedia.

De type Ia supernovae spelen een belangrijke rol in de discussie over de vraag met welke snelheid het heelal uitdijt, een discussie die draait om de constante van Hubble en die daarom de Hubble-spanning wordt genoemd. Bron: Francis Naukas.

Comments

  1. Oei. En daarbij komt dan nog een artikel uit 2011, waarin staat dat Cepheïden óók niet zo’n betrouwbare afstandsindicatoren zijn als men eerder dacht. (Cepheïden zouden snel veel massa verliezen.)

  2. Dus als we die overgebleven rode reuzen opsporen is dan het probleem met die saboterende witte dwergen opgelost? Is dat zo moeilijk?

    • Ja, dat is moeilijk alleen al in ons eigen stelsel. Hoe wou je dat precies doen? We kunnen moeilijk elk van de ongeveer 250 miljard sterren individueel gaan bekijken, zelfs al kon dat technisch (maar dat kan niet).

      Maar al deden we dat, in onze melkweg maakt het niet veel uit. In stelsels op zeg 200 miljoen ly afstand zien we geen individuele sterren dus als daar daar een supernova type Ia zichtbaar wordt, hoe gaan we dan zeggen in wat voor systeem de witte dwerg in kwestie stond?

      • @June, ik dacht zo, als we die supernova kunnen zien dan heb je meteen de locatie van die rode reus te pakken. De vraag is dus inderdaad vanaf welke afstand kan je nog een rode reus waarnemen. Als dat voor enkelen lukt dan zijn dat de echte standaard kaarsen. Maar ik begrijp dat ik het scheidend vermogen van de Hubble iets heb overschat.

  3. Een ander interessant onderwerp is de twee fotos, naast elkaar, die allebei een dubbele ster of zwart gat ? vertonen links onder and rechts boven.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: