Heelal bevat veel meer calcium dan aangenomen

Het heelal bevat anderhalf keer zoveel calcium als aanvankelijk door sterrenkundigen werd aangenomen. Tot deze conclusie komt astronoom Jelle de Plaa van het Nederlands ruimteonderzoekinstituut SRON. Waarnemingen met de ruimtetelescoop XMM-Newton van ESA brachten hem tot nieuwe inzichten over de ontstaansgeschiedenis van de elementaire bouwstenen van de kosmos. Supernova-explosies spelen daarin een cruciale rol. Maandag 12 februari promoveert De Plaa op dit onderwerp aan de Universiteit van Utrecht.

Het ijzer in ons bloed, de zuurstof die we inademen, het calcium in onze botten, het silicium in de zandbak, alle atomen waaruit onze wereld is opgebouwd, zijn geproduceerd in het binnenste van sterren. Gigantische supernova-explosies blazen deze elementen het heelal in, waar ze mogelijk weer als bouwstenen dienen voor nieuw te vormen sterren en planeten, en zelfs leven. Hoe die elementen precies ontstaan, hoe ze verdeeld zijn over het heelal en waarom dat zo is, dat zijn nog altijd vragen waar sterrenkundigen mee worstelen.

Veel antwoorden zijn volgens Jelle de Plaa te vinden in ver weg gelegen clusters van melkwegstelsels. ‘Clusters zijn in veel opzichten de grote steden van ons heelal. Ze bestaan uit honderden melkwegstelsels, die op hun beurt weer miljarden sterren bevatten’, aldus de promovendus. De melkwegstelsels zijn ingebed in een enorme wolk heet gas die als een soort smog in het cluster hangt. Door hun gigantische omvang zit een aanzienlijk deel van alle materie in het heelal in die clusters. Supernova’s, ontploffende sterren, hebben het gas in de afgelopen 10 miljard jaar verrijkt met zwaardere elementen, zoals zuurstof, silicium en ijzer.

Jelle de Plaa deed zijn waarnemingen met behulp van XMM-Newton, waarvoor SRON een van de wetenschappelijke instrumenten bouwde. In 22 clusters bepaalde hij de hoeveelheden van de elementen zuurstof, neon, silicium, zwavel, argon, calcium, ijzer en nikkel. In totaal zag De Plaa daarmee de ‘uitlaatgassen’ van ruwweg 100 miljard supernova’s. Toen ze de hoeveelheden in het cluster met theoretische modellen voor supernova’s vergeleken, bleek de hoeveelheid calcium niet overeen te komen. In de clusters zat gemiddeld anderhalf keer zoveel calcium als werd aangenomen.

Doodsdans

Uit het onderzoek van De Plaa bleek nog iets opmerkelijks. Veel supernova’s in clusters blijken het gevolg te zijn van een macabere doodsdans tussen twee om elkaar heen draaiende sterren. Een kleine compacte zogenoemde witte dwerg zuigt zijn grote onfortuinlijke begeleider leeg. Als de materie die op de witte dwerg is gestort een bepaalde druk heeft bereikt, volgt een explosie, een supernova. ‘De helft van de supernova’s die in clusters zijn ontploft, blijkt op deze manier tot stand te komen. Vergeleken met ons eigen melkwegstelsel, waar dit maar in 15 procent van de gevallen voorkomt, is dat best veel’, vertelt de jonge onderzoeker.

De Plaa denkt dat de waarnemingen van clusters waardevol zullen zijn voor het onderzoek aan supernova’s. ‘Tot nu toe hebben de supernovaonderzoekers in hun modellen een beetje moeten raden hoe zo’n ontploffing in z’n werk gaat. Omdat we de resten van 100 miljard supernova’s tegelijk meten, zijn onze resultaten een veel nauwkeuriger gemiddelde. Daarmee kunnen de supernovaonderzoekers veel beter bepalen hoe de witte dwergen ontploffen.’

Het onderzoek van de Plaa en zijn collega’s wordt binnenkort gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Astronomy & Astrophysics. Het is een resultaat van de samenwerking tussen SRON Netherlands Institute for Space Research en het Sterrekundig Instituut van de Universiteit Utrecht.