De explosies van stervende sterren, bekend als supernova’s, behoren tot de krachtigste gebeurtenissen in ons hele universum, waarbij meer energie vrijkomt dan bij de zon in haar hele 10-miljardjarige leven. (De zon is ook geen kleine speler – zij produceert elke 10 seconden de energie van bijna een triljoen 1 megaton bommen.)
De enorme kracht van een supernova-explosie is genoeg om brokstukken met snelheden van ongeveer 20 miljoen mijl per uur naar buiten te blazen, waarbij schokgolven worden opgewekt – drukgolffronten die sneller bewegen dan de geluidssnelheid wanneer zij tegen het omringende gas en stof botsen. Terwijl de schokgolven de ruimte in stralen, verhitten zij dit materiaal tot temperaturen van tientallen miljoenen graden, waardoor het supernovarestant gaat gloeien in röntgenstraling.
Zulke immense, snelle krachten lijken misschien volkomen onstuitbaar, maar in het geval van één supernovarestant in ons Melkwegstelsel, G21.5-0.9, onthullen beelden van NASA’s Chandra X-ray Observatory dat een mysterieuze aanwezigheid in staat was om de schokgolven van G21.5-0.9 te stoppen.5-0.9 heeft kunnen tegenhouden.
Supernovarestant G21.5-0.9
(Credit: NASA/CXC/U.Manitoba/H.Matheson & S.Safi-Harb)
Het grootste deel van de schil van het supernovarestant op deze foto van G21.5-0.9 lijkt intact en bolvormig, precies zoals je zou verwachten van een perfecte, symmetrische explosie in een perfect vacuüm. Deze zwak gloeiende schil markeert de voorkant van de supernova-schokgolf, die zich snel naar buiten uitbreidt. De bovenkant van de schil van G21.5-0.9 is hier echter verstoord en afgeplat, waardoor de anders zo schone cirkel uiteenvalt in een warboel van filamenten. Het lijkt wel of een kosmische vuist op het supernovarest heeft gebonsd en de opmars van de schokgolf naar het noorden heeft gestopt.
Wat kan er zo onwrikbaar zijn tegen deze krachtige schokgolven? Toen ik in 2018 naar het Centrum voor Astrofysica kwam om onderzoek te doen naar G21.5-0.9 onder Dr. Pat Slane, vermoedden we al dat het antwoord te maken zou kunnen hebben met variaties in het losse gas en stof buiten de supernovarestant, ook wel bekend als het interstellaire medium.
Om dit voorgevoel te onderzoeken, draaiden we computersimulaties waarbij we de oorspronkelijke explosie van G21.5-0.9 konden bekijken en de opgewekte schokgolven ervan in de tijd konden volgen. Toen we het interstellaire medium in de simulatie op een constante dichtheid instelden, waardoor we een gelijkmatige verdeling van gas en stof kregen (zoals we gewoonlijk in de ruimte verwachten), leken de schokgolven zich inderdaad in een perfecte cirkel rond het centrum van de supernova uit te breiden.
Toen we de dichtheden van het interstellaire medium aanpasten, bleek echter dat de simulaties de vorm van het supernovarestant navenant aanpasten. Als we een gebied met een hoge dichtheid boven de supernova opzetten, zouden de stralende schokgolven het gebied raken en worden afgeremd door de dikke verzameling gas en stof. Hierdoor zou de top van de anders perfecte cirkel die door het omhulsel van de supernovarest wordt gevormd, worden afgevlakt, net zoals we in G21.5-0.9 zien.
Na vele simulatieruns waarbij we de specifieke eigenschappen van dit gebied met hoge dichtheid hebben aangepast, ontdekten we dat als we de dichtheid ervan op 20 keer(!) van het omringende interstellaire medium en de locatie ervan op 6 lichtjaar ten noorden van het centrum van de supernova, resulteerde in een supernovarestant met bijna exact de vorm van G21.5-0.9.
Zelfs als we hebben uitgevonden hoe G21.5-0.9 zijn vorm heeft gekregen, weten we nog steeds niet welke specifieke combinatie van gas en stof (waterstof? grafiet? iets anders?) zo’n gebied met hoge dichtheid in het interstellaire medium heeft doen ontstaan, of waarom dit gas en stof überhaupt zo dicht op elkaar zouden klonteren.
Gelukkig voor ons hebben de afgelopen jaren naast Chandra nog diverse andere telescopen hun blik op G21.5-0.9 gericht, waaronder Hitomi, NuSTAR, Swift, XMM-Newton en INTEGRAL. Met zoveel missies die nog meer gegevens willen verzamelen over deze merkwaardig gevormde supernovarestant, zijn de antwoorden op deze vragen hopelijk niet ver meer weg.
De resultaten in dit artikel zijn opgenomen in een binnenkort te verschijnen artikel over G21.5-0.9 van eerste auteur Soichiro Hattori van NYU Abu Dhabi. Dit artikel zal binnenkort worden ingediend bij The Astrophysical Journal.
-Emily Zhang