Bewijs voor nabije supernova in sediment Indische Oceaan

Share Button

De gammastraling die bij supernova explosies vrijkomt is genoemd als een mogelijke oorzaak van de op een na grootste massa-extinctie in de geschiedenis van de Aarde, 450 miljoen jaar geleden. In deze tijd was het land nog nauwelijks gekoloniseerd maar (eenvoudig) zeeleven stierf massaal uit. In dit supernova scenario vernietigt de gammastraling een deel van de ozonlaag, waarna het leven getroffen wordt door een hoge dosis UV straling van de Zon. Daarnaast kan het gas van een nabije supernova explosie zelfs een deel van de aardatmosfeer wegblazen. Supernova’s zijn zeer gevaarlijk voor het leven op Aarde als ze op minder dan circa 30 lichtjaar afstand plaatsvinden.[1]

Sporen van prehistorische supernova’s

Supernova’s zijn in te delen in twee hoofdcategorieën. Ten eerste zware sterren waarvan de opgebrande kern aan het eind van hun leven instort onder de eigen zwaartekracht, waarna de buitenlagen met zeer hoge snelheid weggeblazen worden. Iets zeldzamer is een thermonucleair exploderende koolstof-zuurstof witte dwerg in een dubbelster systeem, zoals degene die in 1572 werd waargenomen in onze Melkweg. In beide gevallen laten ze een heldere uitzettende nevel achter (zie afbeelding). Deze nevels zien we alleen van recente supernova’s; na enkele tienduizenden jaren gaat de nevel op in het interstellaire gas.

Het restant van de supernova die in 1006 werd waargenomen door voornamelijk Chinese en Arabische waarnemers.

Het restant van de supernova die in 1006 werd waargenomen door voornamelijk Chinese en Arabische waarnemers. Bron: Wikimedia commons.

Ons zonnestelsel beweegt door de Lokale Bel, een `holte’ waarin het interstellaire gas een tienmaal lagere dichtheid heeft dan gemiddeld in de Melkweg. Mogelijk is deze Bel gevormd door een reeks supernova explosies gedurende de laatste 10 miljoen jaar, die het omringende gas hebben weggeblazen.

Direct bewijsmateriaal

De meeste informatie uit het heelal bereikt ons via licht en andere straling, maar daarnaast krijgen we ook bezoek van materiële boodschappers: atoomkernen en elektronen, gezamenlijk ongelukkig `kosmische straling’ genaamd. Als er vlakbij de Aarde een supernova ontploft, worden er zelfs grote hoeveelheden bijzondere isotopen op Aarde gedumpt.

In de explosie komt zoveel energie vrij dat er zware elementen gevormd worden, waarvan een deel radioactief is. Als ze voldoende langzaam vervallen en op Aarde terecht komen, zouden we deze terug moeten kunnen vinden. En inderdaad, in 1999 is dit voor het eerst gelukt, en in 2004 werd een sterk verhoogde concentratie van ijzer-60 gevonden in een 2 miljoen jaar oude laag in de aardkorst onder de Grote Oceaan.[2] Dit kan alleen maar verklaard worden door een nabije supernova van een zware ster met instortende kern, waarbij maar liefst enkele aardmassa’s aan ijzer-60 wordt geproduceerd. Naast de enorme productie is ijzer-60 een bruikbaar isotoop omdat de halfwaardetijd zo’n 2,6 miljoen jaar is,[3] dus van dezelfde orde van grootte als de leeftijd van de afzetting. De hoeveelheid ijzer-60 die gevonden is suggereert dat de supernova zo’n 100 lichtjaar ver weg plaatsvond, op redelijk veilige afstand. Niettemin is de gammastraling ervan in verband gebracht met het uitsterven van zeeleven ten tijde van het begin van het Pleistoceen (het tijdperk van de ijstijden, dat in feite nog steeds voortduurt).[4]

Een supernova kan de helderheid van een heel melkwegstelsel benaderen. Op 30 lichtjaar kan een supernova 1% van de helderheid van de Zon bereiken.

Een supernova kan de helderheid van een heel melkwegstelsel benaderen. Op 30 lichtjaar kan een supernova 1% van de helderheid van de Zon bereiken. Bron: Wikimedia commons.

Nu heeft een groep onderzoekers een veel nauwkeuriger methode bedacht die gebruik maakt van sediment afzetting op de oceaanbodem, in dit geval twee kolommen van enkele meters sediment die 40 jaar geleden al zijn gewonnen uit de bodem van de Indische Oceaan in de buurt van Australië. Door de relatief snelle aanwas is de datering van sediment ruim 1000 maal preciezer dan de datering van afzettingen in de aardkorst, die tot nu toe gebruikt werden. Naast ijzer-60 zijn ook aluminium-26, mangaan-53 en plutonium-244 te gebruiken voor extra precisie, al zit hun concentratie dicht bij het `achtergrond niveau’ veroorzaakt door andere bronnen.[5]

Moeten wij ons nu zorgen maken?

Echt gevaarlijke supernova’s, dus die binnen 30 lichtjaar van de Aarde, zijn heel zeldzaam, grofweg 1 per miljard jaar. Deze kans zou de komende tijd wat groter kunnen worden omdat ons zonnestelsel zich nu in een spiraalarm bevindt. Zware sterren zijn erg helder, en we zien dat er op dit moment geen dicht bij de Aarde staan. Betelgeuze is een supernova kandidaat maar staat op zo’n 700 lichtjaar afstand.
Het andere type supernova, witte dwergen in dubbelsterren, is een stuk verraderlijker. Het is nog niet duidelijk hoe ze precies ontstaan — een witte dwerg die massa invangt van een zon-achtige begeleider, of twee witte dwergen die naar elkaar toe spiraliseren. In het laatste geval zouden we de ontploffing mogelijk niet aan zien komen omdat witte dwergen erg klein zijn en daardoor slecht te zien.

Bronnen en noten
[1] Nick Bostrom & Milan M. Ćirković (eds., 2008) – Global Catastrophic Risks (Oxford: Oxford University Press)
[2] K. Knie et al. (2004) – Fe-60 Anomaly in a Deep-Sea Manganese Crust and Implications for a Nearby Supernova Source
[3] Ten tijde van dit onderzoek dacht men nog dat de halfwaardetijd van ijzer-60 1,5 miljoen jaar was. Verder is ook de halfwaarde tijd van beryllium-10 sindsdien bijgesteld; oorspronkelijk werd de supernova op zo’n 2,8 miljoen jaar geleden gedateerd.
[4] Katie Pennicott (2002) – Supernova link to ancient extinction
[5] Jenny Feige et al. (2012) – The Search for Supernova-produced Radionuclides in Terrestrial Deep-sea Archives

Lees ook
Supernovae en hypernovae: kosmische waterstofbommen
Kosmische catastrofe in de maak?
‘Death Star cluster bekogelde aarde met verzengende gammabundel’

Share Button

Lennart van Haaften

Van jongs af aan ben ik geïnteresseerd in ons heelal, en dit leidde tot de opleiding natuur- en sterrenkunde en klimaatfysica. Door de jaren ben ik me naast deze zuiver wetenschappelijk kant ook steeds meer gaan bezighouden met de invloed van technologie op onze samenleving. De vooruitgang in levenskwaliteit is grotendeels te danken aan nieuwe natuurwetenschappelijke en technische inzichten, zoals elektriciteit, communicatiemiddelen en geneeskunde. Aangezien deze ontwikkelingen in hoog tempo doorgaan, kunnen we verwachten dat onze leefwereld er over enkele decennia heel anders uitziet dan nu. Op Visionair.nl schrijf ik over deze belangrijke ontwikkelingen, en over de ethische aspecten en risico's ervan.

Dit vind je misschien ook interessant:

7 reacties

  1. Germen schreef:

    Goed artikel dit, Lennart :)

    Op zich inderdaad een mooi argument om naar witte dwergen op zoek te gaan en dus betere ruimtetelescopen te bouwen. Eigenlijk zou je een zwaartekrachtsdetector moeten hebben die de felle pieken in zwaartekracht kan opvangen vlak voordat de witte dwergen elkaar treffen en ontploffen.

    • Lennart schreef:

      Ja, optische telescopen hoeven niet zo heel veel beter te worden dan de huidige om alle witte dwergen tot ~50 lichtjaar te zien, aangezien witte dwergen (nog) niet kouder kunnen worden dan ca. 3500 Kelvin.

      Op 2 mei a.s. beslissen de ESA lidstaten of NGO (de aangepaste versie van LISA) er komt. Door de lange armlengte van de interferometer zou die heel geschikt zijn voor frequencies van rond de 0.01 Hz (http://en.wikipedia.org/wiki/File:LIGO-LISA.jpg), precies goed voor dubbelsterren met korte baanperiodes. Witte dwergen die naar elkaar toe spiraliseren bereiken een periode van grofweg 1 minuut voor de lichtste van de twee uiteengetrokken wordt.

      NGO zou dit soort dubbelsterren in een groot deel van de Melkweg zien, een ongekende rijkdom aan data. En daarnaast nog andere objecten zoals supermassieve zwarte gaten die zich samenvoegen (in verre/oude melkwegstelsels).

  2. Henk schreef:

    De link naar http://www.solstation.com/x-objects/chimney.htm geeft aanvullende informatie over de local bubble. Interessant is de mogelijke invloed van de deeltjes- en stralingsdichtheid in de ruimte rond de zon op “het klimaat” binnen ons zonnestelsel. De omvang van – en de omstandigheden binnen – de heliosfeer van de zon staan o.a. in directe relatie met de locale omstandigheden van de ruimte rond de zon. En het is niet aannemelijk om te veronderstellen dat de local bubble qua kenmerken geheel “vlak” zal zijn. De restanten van schokgolven binnen de local bubble zullen de nodige fluctuaties geven.
     
    Op dit moment wordt het gros van de theorieën m.b.t. het klimaat op aarde nog opgesteld op basis van locale veranderingen op aarde (o.a. samenstelling van de atmosfeer) en – deels – de invloed van de zon. Ik wil niet ontkennen dat het in hoog tempo “verstoken” van fossiele brandstoffen grote veranderingen kunnen veroorzaken binnen de atmosfeer. Maar zolang de modellen nog zo onbeholpen zijn, krijg ik kromme tenen van allerlei “wetenschappelijke” voorstellen om de temperatuur op aarde op korte termijn grootschalig te beïnvloeden door technische ingrepen (reflectie, bevorderen algengroei, etc.).

  3. Henk schreef:

    Lennart, ik denk niet dat fluctuaties in de lokale dichtheid van een kleinere omvang op dit moment al (goed) meetbaar zijn. En de beide pioniers bevinden zich helaas nog in de schokgolf aan de buitenkant van de heliosfeer.
    In de vroege middeleeuwen werden in zuid-Nederland gewassen verbouwd die nu thuis horen in zuid-Europa. Er bestaan namelijk oude lijsten met opbrengsten van o.a. kerkelijke landerijen uit die tijd. Hoe lang die zachtere periode exact heeft geduurd, weet ik niet, maar dat zal toch minimaal een eeuw zijn geweest want boeren stappen niet snel over op een voor hun onbekende teelt.
    De zon heeft een snelheid rond het centrum van de melkweg van circa 250km/s wat per eeuw een afgelegde weg oplevert van tegen een biljoen km; bijna 1/10 lichtjaar. Het lijkt mij dus verstandig om – vanwege de beperkte kennis die wij hebben – wat verder te kijken dan alleen aardse omstandigheden en de invloed van de activiteit van de zon.

    • Lennart schreef:

      De heliosfeer is groot is t.o.v. de afstand Aarde-Zon, grofweg 100 keer zo groot. Dus de zonnewind domineert ruimschoots ter hoogte van de Aarde. Het is dan de vraag wat de invloed van de dichtheid van het interstellair medium is op de situatie rond de Aarde, en hoe snel die dichtheid verandert. 0.1 lichtjaar is een korte afstand vergeleken met de afmeting van het restant van een supernova, bv de Krabnevel van slechts 1000 jaar oud is al 10 lichtjaar groot (al kunnen er wel turbulente kleinere substructuren zijn).
      Maar uiteraard ben ik het met je eens dat het goed onderzocht moet worden.

  4. Henk schreef:

    Lennart, de klassieke fysica was inderdaad van mening dat alle fenomenen op zichzelf staan (de sterrenkunde denkt nog grotendeels zo). De omstandigheden binnen de heliosfeer zullen zich wijzigen als de heliosfeer door de dichtheid van de omringende ruimte “krimpt”  of “uitzet”.
    Ook kennen wij eigenlijk geen mooie vlakke velden. Altijd blijkt weer dat er “spontaan”  verschillen gaan optreden. Binnen een atoom is dat overduidelijk: staande en concentrische golfverschijnselen.
    Maar ook in de ruimte buiten ons zonnestelsel is al geconstateerd dat er waarneembare verdichtingen zijn van het magnetisch veld van het melkwegstelsel. Dit zal sowieso resulteren in de beïnvloeding van de verspreiding van de geladen deeltjes in de ruimte rondom de zon.   

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger