Als een ster zoals de zon sterft, worden de buitenste lagen de ruimte in geslingerd en blijft de hete, dichte kern over om in de loop der eeuwen af te koelen. Maar sommige andere soorten sterren sterven door titanische explosies, supernovae genaamd. Een supernova kan even helder schijnen als een heel sterrenstelsel van miljarden “normale” sterren. Sommige van deze explosies vernietigen de ster volledig, terwijl andere een superdichte neutronenster of een zwart gat achterlaten – een object met zo’n sterke zwaartekracht dat zelfs licht er niet aan kan ontsnappen.
Supernovae zijn er in twee grote categorieën, die bekend staan als Type I en Type II, die worden gedefinieerd door het spectrum van de materie die de ruimte in wordt geslingerd, en door de manier waarop de sterren helderder worden en vervagen. Naarmate er meer supernovae worden ontdekt, vervaagt echter de scheidslijn tussen de twee categorieën.
De bekendste supernovae van Type I staan bekend als Type Ia. Een Type Ia ontstaat waarschijnlijk wanneer een witte dwergster – het “lijk” van een middelzware ster zoals de zon – volledig in stukken wordt geblazen.
Astronomen vermoeden dat witte dwergen de boosdoeners zijn, omdat Type Ia supernovae meestal voorkomen in regio’s in de ruimte waar zich voornamelijk oudere sterren bevinden, wat suggereert dat een Type Ia de explosie is van een langlevende ster. Sterren die lang leven kunnen niet bijzonder massief zijn, wat de witte-dwarf-theorie nog sterker maakt. En de spectra van Type Ia supernovae vertonen weinig of geen waterstof, het meest voorkomende element in het heelal. In plaats daarvan vertonen ze veel koolstof en zuurstof, de samenstelling van een witte dwerg.
De maximale massa van een witte dwerg is 1,4 maal die van de zon, een waarde die bekend staat als de Chandrasekhar-limiet. Witte dwergen van bijna de Chandrasekhar-massa zijn in wezen identiek, zodat ze bijna identieke explosies ondergaan.
De populairste theorie om een witte-dwergster in een supernova te veranderen is door een daad van stellair kannibalisme. Als een witte dwerg een nabije begeleiderster heeft, zou hij gas kunnen stelen van het oppervlak van de begeleider. Als de hoeveelheid materiaal die de witte dwerg verzamelt, zijn massa in de buurt van de Chandrasekhar-limiet brengt, kan de witte dwerg exploderen en niets achterlaten.
Crab Nebula supernovarestantDe sterren die Type II supernovae maken, worden daarentegen waarschijnlijk geboren in de spiraalarmen van een sterrenstelsel – regio’s die worden bevolkt door veel jonge, heldere sterren – en leven niet lang genoeg om van hun geboorteplaats weg te trekken. Omdat ze maar kort leven, moeten zulke sterren ook massief zijn.
De helderheid van een typische Type II supernova piekt na een week of twee en blijft tot twee maanden lang bijna constant. Dan daalt hij plotseling, gevolgd door een gelijkmatiger verduistering in de volgende paar maanden. Het patroon van lichtemissie in de loop van de tijd komt overeen met de explosie van een “superreus”.
Een superreus heeft een reeks stadia doorlopen die steeds zwaardere elementen in zijn kern voortbrachten — van waterstof naar helium, koolstof, zuurstof, enzovoorts. Maar deze opeenvolging komt tot een gewelddadig einde zodra de kern is omgezet in ijzer. IJzer kan alleen kernenergie absorberen, niet produceren. Omdat het geen energie meer kan produceren, verliest de ster zijn bron van interne druk en stort in.
Wanneer de ineenstorting een kritische dichtheid bereikt, stopt deze. Op dit punt is de materie in de kern van de ster zo dicht opeengepakt, dat een blok materie ter grootte van een suikerklontje miljoenen tonnen zou wegen. De kern is een neutronenster geworden – een object dat zwaarder is dan de zon, maar slechts een paar kilometer in doorsnede heeft.
Bij het instortingsproces komt genoeg energie vrij om de buitenste lagen van de ster in stukken te scheuren en ze met enkele procenten van de lichtsnelheid de ruimte in te blazen. Deze fragmenten dragen helium, calcium, zuurstof, koolstof en andere elementen met zich mee de ruimte in, waar ze misschien ooit in nieuwe sterren en planeten worden verwerkt.
Wat is het verschil tussen een nova en een supernova?
Het begrip van een nova “Nova” is een Latijns woord dat “nieuw” betekent. In de sterrenkunde wordt het gebruikt om een object aan te duiden dat plotseling veel helderder straalt dan voorheen. Nova’s komen voor in meervoudige stersystemen waarin een witte dwerg, neutronenster of zelfs zwart gat gassen uit de buitenste atmosfeer van een begeleidende ster in een omhulsel van materie om zich heen trekt.
Naarmate er meer materie bijkomt, wordt het gas steeds heter en dichter, tot het plotselinge begin van waterstoffusie in het omhulsel een enorme thermonucleaire explosie teweegbrengt. De helderheid van de ster neemt toe met een miljoen-voud – genoeg om hem even helder te maken als de helderste sterren.