Mysterie over spectaculaire supernova uit 1987 opgelost (met dank aan James Webb)

Op 23 februari 1987 ontdekten wetenschappers een supernova in de Grote Magelhaense Wolk, een van de meest nabije sterrenstelsels van onze eigen Melkweg. Een supernova is een gigantische ontploffing van een zware ster aan het einde van zijn leven. Daarbij wordt een enorme hoeveelheid licht uitgestraald. SN 1987A, zoals de supernova werd genoemd, was vanop de aarde zelfs met het blote oog zichtbaar.

En het was maandenlang waarneembaar vanop de aarde: de supernova straalde licht uit met de kracht van 100 miljoen zonnen. Het was de meest dichtstbijzijnde supernova die met het blote oog te zien was in meer dan 400 jaar. Maar vergis je niet, "meest dichtstbijzijnd" is in ruimtetermen nog altijd enorm ver. SN 1987A werd waargenomen op een afstand van 160.000 lichtjaar (één lichtjaar is de afstand die het licht overbrugt in één jaar tijd, red.).

Lang voor de eigenlijke ontploffing hadden astronomen al details van de ster in kwestie beschreven. Het ging om een blauwe superreus. Superreuzen zijn de allergrootste en allerzwaarste sterren in het heelal, blauwe superreuzen zijn dan ook nog eens de warmste onder de superreuzen. Deze blauwe superreus had een massa die 20 keer groter was dan die van de zon.

SN 1987A werd een van de meest bestudeerde objecten in het heelal. Onder meer de beroemde ruimtetelescoop Hubble hielp wetenschappers in hun zoektocht naar hun antwoorden op vele vragen. Heel wat van de huidige astronomische kennis over het wat en hoe van supernova's is gebaseerd op onderzoek naar SN 1987A.

Een van die vragen was: wat rest er van de blauwe superreus na de ontploffing? Na een supernova blijft een klein en compact object over, maar wetenschappers konden bij SN 1987A niet achterhalen wat dat object dan precies was. De supernova was zo krachtig, de wolk van gas en stof zo groot, dat astronomen dat met de voorhanden zijnde instrumenten niet rechtstreeks konden bestuderen.

Volgens de huidige theorie ontploffen sterren wanneer ze niet genoeg "brandstof" meer over hebben om hen te doen schijnen. De massa van een ster is zo groot (een superreus) dat ze uiteindelijk onder druk van haar eigen zwaartekracht instort. En dan ontstaat ofwel een zwart gat, ofwel een neutronenster.

Een zwart gat is zo krachtig dat niets, zelfs licht niet, eruit kan ontsnappen. Ze kunnen ontstaan als reuzensterren in elkaar storten. Neutronensterren zijn de dode overblijfselen van de ingestorte kern van reuzensterren. Ze zijn de kleinste van alle sterren, maar hebben wel de hoogste dichtheid. Hoe zwaarder de massa van de ster, hoe groter de kans op een zwart gat.

Het onderscheid kunnen maken tussen zwarte gaten en neutronensterren is voor astronomen van belang, omdat bij supernova's chemische elementen vrijkomen zoals koolstof, zuurstof en ijzer. Die maken leven mogelijk. Dé vraag: wat bleef er over na de ontploffing van SN 1987A?

Enter de James Webb-telescoop. Die werd op kerstdag 2021 gelanceerd. Met een diameter van 6,5 meter is hij de grootste en meest krachtige telescoop die de mens al de ruimte in gestuurd heeft. James Webb bevindt zich op 1,6 miljoen kilometer van de aarde. Vanaf daar speurt de telescoop naar exoplaneten en het licht van sterren dat al miljarden jaren onderweg is.

Sindsdien laat James Webb niet na om wetenschappers én het grote publiek te imponeren met adembenemende en betekenisvolle beelden van allerlei hoeken en kanten in ons universum. Hij biedt astronomen een schat aan materiaal waarmee ze hun kennis over het heelal kunnen bijstellen. Het zal waarschijnlijk niet verbazen dat het James Webb is die wetenschappers een stap dichter bij een antwoord rond het mysterie van SN 1987A heeft gebracht.

Een internationaal onderzoeksteam geleid door de Zweedse astronoom Claes Fransson van de Universiteit van Stockholm bestudeerde beelden die James Webb maakte van het restant van SN 1987A en van de puinwolk errond . Met de MIRI (Mid-Infra Red Instrument) en de NIRSpec (Near Infra Red Spectrometer) kan James Webb zeer gedetailleerd infraroodstraling in het heelal vastleggen. Vóór James Webb was dat op die manier niet mogelijk.

Wat leverden de James Webb-beelden op? Eenvoudig gezegd: Fransson en zijn team konden in de kern van de explosie licht detecteren dat uitgezonden wordt door sterk geïoniseerde argon- en zwavelgassen. De aanwezigheid van die geïoniseerde gassen kan alleen maar verklaard worden als er een compacte, heldere bron van ultraviolette en röntgenstraling is. En een zwart gat kan daar niet de oorzaak van zijn.

Met andere woorden: het lijkt er heel sterk op dat wat overbleef na de ontploffing van de blauwe superreus in 1987, een neutronenster is.

"Het is de eerste keer dat we in staat waren om de kern van de supernova te onderzoeken, en wat daar precies ontstaan is", zegt Claes Fransson. "We weten nu dat er een compacte bron van ioniserende straling aanwezig is, vermoedelijk door een neutronenster. We zijn hiernaar al aan het zoeken sinds de waarneming van de ontploffing in 1987, maar we moesten tot nu wachten om onze vermoedens te kunnen toetsen."

Aan het onderzoek werkten 34 wetenschappers uit 12 landen mee. Een van hen is Joris Blommaert van de Astronomy and Astrophysics Research Group van de VUB. Hij werkt al sinds begin 2000 mee aan de ontwikkeling van MIRI , cruciaal bij dit onderzoek. "Dankzij onze bijdrage aan MIRI kregen we observatietijd op James Webb die eindelijk toeliet om sterke bewijzen te verzamelen voor het bestaan van de neutronenster", klinkt het in een persbericht.

"Hoewel we al onrechtstreekse aanwijzingen hadden, heeft James Webb het eerste rechtstreekse bewijs geleverd dat er een neutronenster is", zegt professor Mike Barlow, fysicus en astronoom aan de Universiteit van Londen. "Het mysterie of er zich een neutronenster schuilhoudt in het stof heeft meer dan 30 jaar aangesleept. Het is opwindend dat we het nu hebben kunnen oplossen."

De komende jaren zullen wetenschappers SN 1987A blijven bestuderen om meer te weten te komen over de exacte details van de explosie. "Als we geluk hebben, krijgen we in de toekomst misschien een duidelijk beeld van de neutronenster zelf", zegt Fransson. Het zou een unieke gelegenheid zijn om een neutronenster van in zijn "babyjaren" op te volgen.