Sommige sterren exploderen om redenen die we nauwelijks begrijpen.
Nieuw onderzoek suggereert dat een onzichtbare indringer de trekker overhaalt.
Een internationaal team heeft ontdekt dat primordiale zwarte gaten (PBH’s) witte dwergsterren kunnen doen ontbranden. Dit mechanisme verandert standaard Type Ia supernovae in iets heel anders. Of misschien iets bekends, getriggerd door het onverwachte.
De bevindingen, gepubliceerd in The Astrophysical Journal, bieden een oplossing voor een slepend chemisch mysterie. De samenstelling van de Melkweg komt niet overeen met standaardmodellen. Tenzij deze spookachtige zwarte gaten erbij betrokken zijn.
Wat zijn oorspronkelijke zwarte gaten?
Ze zijn niet het soort dat je aan het einde van een sterrenstelsel aantreft.
PBH’s zijn hypothetische overblijfselen uit het vroege heelal. Ze zijn ontstaan uit materieschommelingen tijdens de kosmische inflatie, kort na de oerknal.
Wetenschappers beschouwen ze als kandidaten voor donkere materie. Het onzichtbare spul dat 90% van de massa in de kosmos uitmaakt. We kunnen ze niet zien. Maar we weten dat ze er misschien zijn.
En misschien gaan ze nu door sterren heen.
Wanneer een PBH door de ruimte reist, kan hij door een ster gaan. De zwaartekracht zorgt voor intense getijdenkrachten. In het geval van een witte dwerg – het dichte, aardse lijk van een ster met een lage massa – kunnen deze krachten catastrofaal zijn.
De druk stijgt. De kernfusie ontbrandt ongecontroleerd. Boom. Een Type Ia-supernova.
De chemische voetafdrukken controleren
Shing-Chi Leung leidde dit onderzoek. Hij is assistent-professor aan het SUNY Polytechnice Institute en gastonderzoeker aan het Kavli Institute for the Physics and Math of the Universe. Hij werkte samen met Ken’ichi Nomoto, Alexander Kusenko en Tomoharu Suzuki.
Ze theoretiseerden niet alleen. Ze vergeleken modellen met de werkelijkheid.
Welke supernova’s passen in dit profiel?
Het team keek naar overblijfselen als Tycho, Kepler en 3G 397. Ze bestudeerden explosies in de buurt, waaronder SN 2011fe SN 2012cg, en oudere gebeurtenissen.
De resultaten waren opvallend. Door PBH veroorzaakte explosies leken qua licht en beweging sterk op standaard Type Ia-supernova’s. Dat is een probleem voor waarnemers. Hoe kunnen we ze uit elkaar houden?
Door naar de restjes te kijken.
De onderzoekers analyseerden de chemische hoeveelheden in deze overblijfselen en in het hele sterrenstelsel. Ze concentreerden zich op radioactieve isotopen zoals Ni-56 en Ni-56, plus stabiele elementen zoals Mn en Ni.
“Ons werk suggereert dat sommige supernova’s aan de hemel het gevolg kunnen zijn van PBH’s… ze laten veel interessante aanwijzingen achter in de natuur.”
— Shing-Chi Leung
Deze isotopen fungeren als tracers. Ze onthullen de massa en metalliciteit van de witte dwerg die explodeerde. Metalliciteit betekent hier de hoeveelheid zwaardere elementen die aanwezig waren toen de ster ontstond. Het is een klok. Een manier om de kosmische geschiedenis te traceren.
Het ontbrekende ingrediënt van de Melkweg
Hier wordt het specifiek.
De chemische verrijkingspatronen van de Melkweg klopten niet met alleen standaardmodellen. Sterren vertoonden trends in overvloed die niet konden worden verklaard door conventionele supernova-snelheden.
Maar toen de onderzoekers een fractie van PBH-getriggerde Type Ia-supernovae modelleerden, klopte de wiskunde.
De chemie van het sterrenstelsel kwam eindelijk op één lijn.
Een deel van deze stellaire explosies moet door deze onzichtbare objecten worden veroorzaakt. Zelfs als we de zwarte gaten zelf niet kunnen zien, staat hun impact in de sterren geschreven.
Waarom dit belangrijk is
Dit gaat niet alleen over het oplossen van een chemisch onevenwicht. Het gaat over het uitbreiden van onze kijk op het universum.
Als PBH’s bestaan – en dit onderzoek bevestigt dat vermoeden – zijn het niet alleen maar donkere materie. Ze zijn actieve deelnemers aan de kosmische evolutie. Ze bepalen de chemische samenstelling van sterrenstelsels. Ze beïnvloeden welke sterren overleven en welke exploderen.
Het team is van plan dieper te graven. Vervolgens willen ze begrijpen hoe door PBH veroorzaakte gebeurtenissen de totale populatie van supernova’s beïnvloeden. Wat zijn de gecombineerde tarieven? Hoe vaak gebeurt dit vergeleken met de standaardmodellen?
We hebben nog steeds geen directe detectie. We leiden hun aanwezigheid af uit de littekens die ze achterlaten op stervende sterren.
Maar de littekens zijn echt. De chemische vingerafdrukken liegen niet.
Ergens daarbuiten drijft een zwart gat door het donker. We passeren een witte dwerg. Wachtend op het ontsteken van een vonk die de Melkweg zal verlichten.
We leren alleen maar de rook te lezen.
