DE SUPERNOVA VAN 1006DE SUPERNOVA VAN 1006

De helderste supernova ooit gezien De helderste supernova ooit gezien

C. de JagerC. de Jager

NOVAE EN SUPERNOVAENOVAE EN SUPERNOVAE

Vooraf: het begrip ‘nova’. En Vooraf: het begrip ‘nova’. En wat is een supernova? wat is een supernova?

De ontdekking van Tycho BraheDe ontdekking van Tycho Brahe

• Op 11 november 1572 ontdekte de Op 11 november 1572 ontdekte de Deense astronoom Tycho Brahe een ster Deense astronoom Tycho Brahe een ster waar nooit eerder een was gezienwaar nooit eerder een was gezien

• Hij noemde dit een nieuwe ster : ‘nova’. Hij noemde dit een nieuwe ster : ‘nova’. Stond verder dan de maan; was zelfs Stond verder dan de maan; was zelfs geen planeet. geen planeet.

• Hoorde dus thuis in de wereld van de Hoorde dus thuis in de wereld van de vaste sterren vaste sterren

Tycho en zijn novaTycho en zijn novaTycho Brahe (1546 – 1601)Tycho Brahe (1546 – 1601) Nova Cas 1572Nova Cas 1572

De nekslag van het model van De nekslag van het model van AristotelesAristoteles• Aristoteles en in zijn voetspoor de Aristoteles en in zijn voetspoor de

klassieke geleerden meenden dat de klassieke geleerden meenden dat de wereld van de vaste sterren onveranderlijk wereld van de vaste sterren onveranderlijk waswas

• Dit was dus niet het gevalDit was dus niet het geval• Maar wat zagen we hier dan wel? Maar wat zagen we hier dan wel?

Even: een lang verhaal kortEven: een lang verhaal kort

• Een nova is 10 000 maal zo helder als de Een nova is 10 000 maal zo helder als de zon. Ontstaat door explosie aan oppervlak zon. Ontstaat door explosie aan oppervlak van witte dwergster. Deze ster blijft verder van witte dwergster. Deze ster blijft verder intactintact

• Een supernova straalt 10 miljard maal Een supernova straalt 10 miljard maal feller dan de zon - sommigen markeren feller dan de zon - sommigen markeren de dood van een ster die enkele tientallen de dood van een ster die enkele tientallen malen zwaarder is dan de zon malen zwaarder is dan de zon

Resten zijn nog te zien: Resten zijn nog te zien: wolk van 24 wolk van 24 lichtjaren diameter, die met 9000 km/sec lichtjaren diameter, die met 9000 km/sec expandeert. Temperatuur 10 miljoen graden expandeert. Temperatuur 10 miljoen graden

Tycho’s ster was een supernovaTycho’s ster was een supernova

• Uit later onderzoek blij dat Tycho’s ster Uit later onderzoek blij dat Tycho’s ster geen nova was maar een - veel geen nova was maar een - veel zeldzamer - supernova zeldzamer - supernova

• Per melkwegstelsel – dit is een wolk van Per melkwegstelsel – dit is een wolk van ca. 100 miljard sterren als de zon – komt ca. 100 miljard sterren als de zon – komt eens per 50 jaar een supernova voor.eens per 50 jaar een supernova voor.

• En ca. 30 gewone novae per jaar - dat is En ca. 30 gewone novae per jaar - dat is dus 1500 maal vakerdus 1500 maal vaker

DE SUPERNOVA VAN 1006DE SUPERNOVA VAN 1006

De helderste supernova ooit ??De helderste supernova ooit ??

Vooral Chinese waarnemingenVooral Chinese waarnemingen

• Heldere ster verscheen begin mei 1006Heldere ster verscheen begin mei 1006• Zó helder dat hij de nacht verlichtteZó helder dat hij de nacht verlichtte• Was ca. drie jaren zichtbaarWas ca. drie jaren zichtbaar• Ook waarnemingen uit Japan, Egypte en Ook waarnemingen uit Japan, Egypte en

zelfs uit Zwitserland; dat laatste zelfs uit Zwitserland; dat laatste opmerkelijk omdat de ster daar vlak boven opmerkelijk omdat de ster daar vlak boven de horizon stond de horizon stond

Meestal wordt zoiets een gastster Meestal wordt zoiets een gastster genoemd genoemd

• GastGast

• SterSter

• helderhelder

Maar hier was het Maar hier was het ‘grote ster van ‘grote ster van helder gele kleur’helder gele kleur’

• Verscheen 1 mei (Chinees); heldere Verscheen 1 mei (Chinees); heldere ster die in helderheid toenamster die in helderheid toenam

• Ook in Japan wordt 1 mei genoemdOok in Japan wordt 1 mei genoemd• Drie Arabische teksten: 2 of 3 meiDrie Arabische teksten: 2 of 3 mei• China was twee jaar eerder bedreigd China was twee jaar eerder bedreigd

door invallende legersdoor invallende legers• De hofastroloog voorspelde betere De hofastroloog voorspelde betere

tijden en werd prompt bevorderd! tijden en werd prompt bevorderd! • Hiernaast: deel ontdekkingsverhaal, Hiernaast: deel ontdekkingsverhaal,

gekopieerd uit een later geschrift gekopieerd uit een later geschrift

Locatie: tussen Kulou en Qiguan; Locatie: tussen Kulou en Qiguan; ten zuiden van Di.ten zuiden van Di.

De plaats op een moderne kaartDe plaats op een moderne kaart G327.6+14.6; op de grens van Centaurus en Lupus G327.6+14.6; op de grens van Centaurus en Lupus

Extreem helder object Extreem helder object

• Geschatte grootste helderheid was tegen Geschatte grootste helderheid was tegen de – 9 magnituden de – 9 magnituden (Stephenson)(Stephenson)

• En in elk geval minstens – 7,5 magEn in elk geval minstens – 7,5 mag• Meest waarschijnlijke waarde: – 8,5 magMeest waarschijnlijke waarde: – 8,5 mag• Dit is ca. 40 maal zo helder als Venus op Dit is ca. 40 maal zo helder als Venus op

maximale helderheidmaximale helderheid

De resten nog steeds te zienDe resten nog steeds te zien

• Een lichtend schijfje zo groot als de volle maanEen lichtend schijfje zo groot als de volle maan• Expandeert met snelheid van 2600 km/seconde Expandeert met snelheid van 2600 km/seconde • Dis is de radio-, röntgen- en gamma-bron Dis is de radio-, röntgen- en gamma-bron

G327.6+14.6G327.6+14.6• Afstand is 7200 lichtjaren; dus middellijn is 60 Afstand is 7200 lichtjaren; dus middellijn is 60

lichtjarenlichtjaren• Uitzenden van radio-, röntgen- en gamma-Uitzenden van radio-, röntgen- en gamma-

straling betekent dat de bron zeer heet isstraling betekent dat de bron zeer heet is

De bron is ca. 1000 jaar oud De bron is ca. 1000 jaar oud (volgt uit (volgt uit

expansiesnelheid en omvang)expansiesnelheid en omvang)

Het cirkeltje tussen Lupus en Het cirkeltje tussen Lupus en CentaurusCentaurus

Onderdeel van de wolk: gassliert Onderdeel van de wolk: gassliert wijst op schokgolf – snelle expansie wijst op schokgolf – snelle expansie

Verder onderzoek; er zijn twee Verder onderzoek; er zijn twee soorten supernovaesoorten supernovae

Type Ia (en b, c,..) – witte dwerg in Type Ia (en b, c,..) – witte dwerg in dubbelster dubbelster

Type II – eindfase van zeer zware sterType II – eindfase van zeer zware ster

Met welke soort hebben wij te doen? Met welke soort hebben wij te doen?

Enkele galactische supernovaeEnkele galactische supernovae

• 1006 magnitude – 8,5 type Ia1006 magnitude – 8,5 type Ia• 1054 – 6 type II (Stier) 1054 – 6 type II (Stier) • 1572 – 4 Ia (Brahe)1572 – 4 Ia (Brahe)• 1604 – 3 Ia (Kepler)1604 – 3 Ia (Kepler)• 1680 (?)1680 (?) + 5 (?) ? (Cas) + 5 (?) ? (Cas)

Type II supernovaeType II supernovae

Zeer zware sterren aan het eind Zeer zware sterren aan het eind van hun levenvan hun leven

Een type II rest: Krabnevel - 1054Een type II rest: Krabnevel - 1054

Krabnevel in monochromatisch Krabnevel in monochromatisch licht; dat markeert heetste delenlicht; dat markeert heetste delen

De Krabnevel – nog steeds actiefDe Krabnevel – nog steeds actief

• Afstand 6500 lichtjarenAfstand 6500 lichtjaren• Totale gasmassa: 5 zonnemassa’sTotale gasmassa: 5 zonnemassa’s• In het centrum een neutronenster – roteert om In het centrum een neutronenster – roteert om

as, 30 maal per seconde; we zien flitsen: pulsaras, 30 maal per seconde; we zien flitsen: pulsar• Januari 2011: langdurige toename energierijke Januari 2011: langdurige toename energierijke

straling (gamma straling; 100 miljoen eV) straling (gamma straling; 100 miljoen eV) • Sinds 2009: aantal uitbarstingen van gamma Sinds 2009: aantal uitbarstingen van gamma

stralingstraling• 12 en 16 april 2011: de grootste uitbarstingen – 12 en 16 april 2011: de grootste uitbarstingen –

30 maal sterker dan ooit eerder gemeten 30 maal sterker dan ooit eerder gemeten

Het type II mechanismeHet type II mechanisme

Hoe en waarom explodeert een Hoe en waarom explodeert een zware ster aan het eind van haar zware ster aan het eind van haar

levenleven

Sterren branden op kernenergieSterren branden op kernenergie

• Het heelal bestaat uit ca. 90% waterstof (H) ca. 10% Het heelal bestaat uit ca. 90% waterstof (H) ca. 10% helium (He) en ca. 1% zwaardere elementenhelium (He) en ca. 1% zwaardere elementen

• In de meeste sterren: In de meeste sterren: kernfusiekernfusie - H wordt langzaam - H wordt langzaam omgezet in Heomgezet in He

• Als alle H in He is omgezet, sterven lichte sterren (zoals Als alle H in He is omgezet, sterven lichte sterren (zoals de zon); de ster stort ineen tot witte dwergde zon); de ster stort ineen tot witte dwerg

• In zwaardere sterren wordt de temperatuur in het In zwaardere sterren wordt de temperatuur in het centrum zo hoog dat He kan fuseren tot zwaardere centrum zo hoog dat He kan fuseren tot zwaardere elementen (zoals koolstof, C; zuurstof, O; stikstof, N). elementen (zoals koolstof, C; zuurstof, O; stikstof, N).

• En zo voort! We bespreken de evolutie van de kern van En zo voort! We bespreken de evolutie van de kern van een ster die meer dan 10 maal zwaarder is dan de zon een ster die meer dan 10 maal zwaarder is dan de zon

Op weg naar het einde – stap 1 Op weg naar het einde – stap 1 In het binnenste wordt He omgezet, vooral in C en OIn het binnenste wordt He omgezet, vooral in C en O

Het spel van contractie en verdere Het spel van contractie en verdere kernfusie kernfusie • Als alle helium is omgezet in C en O staakt het Als alle helium is omgezet in C en O staakt het

fusieprocesfusieproces• De kern straalt niet meer en er is dus niet De kern straalt niet meer en er is dus niet

voldoende stralingsdruk om de buitenlagen te voldoende stralingsdruk om de buitenlagen te dragendragen

• Dan krimpt de kern: hij stort ineen Dan krimpt de kern: hij stort ineen • Daardoor stijgt de temperatuur daar verder, tot Daardoor stijgt de temperatuur daar verder, tot

kernfusie tot zwaardere deeltjes kan beginnen kernfusie tot zwaardere deeltjes kan beginnen

Op weg naar het einde – stap 2 Op weg naar het einde – stap 2 De kern comprimeert opnieuw en wordt heter; de De kern comprimeert opnieuw en wordt heter; de temperatuur in de kern is nu een miljard gradentemperatuur in de kern is nu een miljard graden

Op weg naar het einde – stap 3 Op weg naar het einde – stap 3 De kern comprimeert verder en wordt nog heterDe kern comprimeert verder en wordt nog heter

Op weg naar het einde – stap 4 Op weg naar het einde – stap 4 Verdere kompressie en verhitting van de kernVerdere kompressie en verhitting van de kern

Op weg naar het einde – stap 5 Op weg naar het einde – stap 5 IJzer (Fe) is het zwaarste element dat door fusie kan ontstaan. De kern IJzer (Fe) is het zwaarste element dat door fusie kan ontstaan. De kern stort nu definitief ineen. Kern wordt neutronenbol stort nu definitief ineen. Kern wordt neutronenbol

De energie die bij ineenstorten vrijkomt leidt tot De energie die bij ineenstorten vrijkomt leidt tot een explosie van de buitenlagen; over blijft een een explosie van de buitenlagen; over blijft een

neutronenster (of zwart gat) en wegvliegend gasneutronenster (of zwart gat) en wegvliegend gas

Nu de andere soort: Type INu de andere soort: Type I

1006, Tycho, Kepler …enz.1006, Tycho, Kepler …enz.(er zijn ondersoorten Ia, Ib …(er zijn ondersoorten Ia, Ib …

Ia komt het meest voor)Ia komt het meest voor)

Type Ia supernovae Type Ia supernovae

• Zo’n supernova is aanvankelijk een dubbelster Zo’n supernova is aanvankelijk een dubbelster bestaande uit reuzenster en witte dwergbestaande uit reuzenster en witte dwerg

• De reuzenster zwelt op aan eind van haar bestaanDe reuzenster zwelt op aan eind van haar bestaan• Ten slotte stroomt massa naar de witte dwergTen slotte stroomt massa naar de witte dwerg• Maar een witte dwerg kan niet meer massa hebben dan Maar een witte dwerg kan niet meer massa hebben dan

1,4 maal de zonsmassa1,4 maal de zonsmassa• Als die grens overschreden wordt dan implodeert de Als die grens overschreden wordt dan implodeert de

witte dwerg; vrijkomende energie wordt uitgestraaldwitte dwerg; vrijkomende energie wordt uitgestraald• Supernovae van type Ia zijn de helderste supernovaeSupernovae van type Ia zijn de helderste supernovae• Worden geïdentificeerd op grond van spectrum (geen Worden geïdentificeerd op grond van spectrum (geen

waterstof)waterstof)

Het scenario in beeldHet scenario in beeld

Kepler’s supernovarest – 1604; ook Kepler’s supernovarest – 1604; ook een Type Iaeen Type Ia

Tycho’s supernova (1572)Tycho’s supernova (1572)

• Ontdekt door W. Schuler (6 nov. 1572) en Ontdekt door W. Schuler (6 nov. 1572) en opnieuw door Tycho Brahe (11 nov.) opnieuw door Tycho Brahe (11 nov.)

• Helderder dan alle sterren en planeten Helderder dan alle sterren en planeten (helderste planeet ca. – 4) (helderste planeet ca. – 4)

• Twee weken lang overdag te zienTwee weken lang overdag te zien• Werd 16 maanden lang waargenomen Werd 16 maanden lang waargenomen • Type Ia (exploderende witte dwerg)Type Ia (exploderende witte dwerg)

De rest van Tycho Brahe’s sterDe rest van Tycho Brahe’s sterAfstand 7500 lj; op grens Cepheus–Cass; expandeert; 10 000 km/secAfstand 7500 lj; op grens Cepheus–Cass; expandeert; 10 000 km/sec

Hoe wordt het type herkend? Hoe wordt het type herkend? Verschillen in de spectra Verschillen in de spectra

Type Ia: geen waterstof, wel de Type Ia: geen waterstof, wel de zwaardere elementenzwaardere elementen

Type II: waterstof, helium , enz.Type II: waterstof, helium , enz.

Typische lichtkrommen tonen ook de grote Typische lichtkrommen tonen ook de grote helderheid. helderheid. (Vgl. de zon heeft abs. magn. +5)(Vgl. de zon heeft abs. magn. +5)

Type Ia supernovae zijn het Type Ia supernovae zijn het heldersthelderst

Ze stralen alle vrijwel even sterk. Dat Ze stralen alle vrijwel even sterk. Dat komt door het mechanisme (witte komt door het mechanisme (witte

dwerg die meer massa krijgt dan 1,4 dwerg die meer massa krijgt dan 1,4 zonsmassa’s) zonsmassa’s)

Neutrino’s bij de explosieNeutrino’s bij de explosie

Bij het ineenstorten van de Bij het ineenstorten van de sterkern worden neutrino’s sterkern worden neutrino’s

uitgestraald uitgestraald

Elektronen en protonen smelten Elektronen en protonen smelten samen bij het ineenstortensamen bij het ineenstorten• Elektronen hebben een negatieve lading Elektronen hebben een negatieve lading • Protonen hebben een even grote positieve Protonen hebben een even grote positieve

ladinglading• Bij het samensmelten van een elektron en een Bij het samensmelten van een elektron en een

proton ontstaan een neutron. Dit heeft dus geen proton ontstaan een neutron. Dit heeft dus geen lading.lading.

• Daarbij ontstaat ook een neutrino: zeer klein Daarbij ontstaat ook een neutrino: zeer klein deeltje zonder lading (en zonder massa?) deeltje zonder lading (en zonder massa?)

Neutrino’s vliegen overal doorheenNeutrino’s vliegen overal doorheen

• Door een vierkante centimeter die Door een vierkante centimeter die loodrecht staat op de richting naar de zon loodrecht staat op de richting naar de zon vliegen per seconde ca. 100 miljard vliegen per seconde ca. 100 miljard neutrino’s neutrino’s

• Ze vliegen ook dwars door de aarde heenZe vliegen ook dwars door de aarde heen• Ze treden nauwelijks in wisselwerking met Ze treden nauwelijks in wisselwerking met

de materie waar ze doorheen vliegen en de materie waar ze doorheen vliegen en kunnen daarom moeilijk worden ontdekt kunnen daarom moeilijk worden ontdekt

Eenmaal toch ontdekt!Eenmaal toch ontdekt!

• Op 24 februari 1987 ontvlamde een supernova Op 24 februari 1987 ontvlamde een supernova in de Grote Magellaanse Wolk (afstand 168 000 in de Grote Magellaanse Wolk (afstand 168 000 lichtjaren)lichtjaren)

• Drie uren vóórDrie uren vóór de lichtflits werden 24 neutrino’s de lichtflits werden 24 neutrino’s op aarde gevangen in drie verschillende op aarde gevangen in drie verschillende laboratoria en in een tijdsbestek dat slechts 13 laboratoria en in een tijdsbestek dat slechts 13 seconden duurde seconden duurde

• Die waren dus uitgestraald op het moment van Die waren dus uitgestraald op het moment van het ineenstorten van de sterkernhet ineenstorten van de sterkern

Supernovae komen niet vaak Supernovae komen niet vaak voor voor

Ca. eenmaal per 50 jaar per melkwegstelselCa. eenmaal per 50 jaar per melkwegstelselDe laatste in ons stelsel was in 1604 of 1680; De laatste in ons stelsel was in 1604 of 1680;

ook een in 1870. (Veel zijn wel ongemerkt ook een in 1870. (Veel zijn wel ongemerkt geëxplodeerd)geëxplodeerd)

Maar … er zijn heel veel melkwegstelselsMaar … er zijn heel veel melkwegstelsels

En nu: een nog niet En nu: een nog niet geïdentificeerde supernovageïdentificeerde supernova

Uiteen vliegende flarden in het Uiteen vliegende flarden in het sterrenbeeld Cassiopeia (1680?)sterrenbeeld Cassiopeia (1680?)

Eigenaardige lichtflarden in het Eigenaardige lichtflarden in het sterrenbeeld Cassiopeiae sterrenbeeld Cassiopeiae

Op de plaats van radiobron Cas AOp de plaats van radiobron Cas A

Sterkste radiobron aan de hemel: Sterkste radiobron aan de hemel: Cas A Cas A

• Afstand: 11 000 lichtjarenAfstand: 11 000 lichtjaren• Gaswolk met middellijn van ca. 10 Gaswolk met middellijn van ca. 10

lichtjarenlichtjaren• Expandeert nog steeds en wel met Expandeert nog steeds en wel met

snelheid van 5000 km per secondesnelheid van 5000 km per seconde• Temperatuur is ca. 50 miljoen gradenTemperatuur is ca. 50 miljoen graden

Was daar een supernova? Was daar een supernova?

• De radiobron moet omstreeks het jaar De radiobron moet omstreeks het jaar 1700 zijn ontstaan1700 zijn ontstaan

• Dit leidt men af uit de omvang en de Dit leidt men af uit de omvang en de expansiesnelheidexpansiesnelheid

• Maar uit die tijd zijn geen waarnemingen Maar uit die tijd zijn geen waarnemingen bekend van een exploderende sterbekend van een exploderende ster

• Misschien de ster 3 Cas die in 1680 even Misschien de ster 3 Cas die in 1680 even zichtbaar was ???zichtbaar was ???

Welke zware sterren kunnen Welke zware sterren kunnen ‘spoedig’ een type II supernova ‘spoedig’ een type II supernova

worden?worden?

Onderzoek de sterevolutie en ga Onderzoek de sterevolutie en ga na welke zware sterren aan het na welke zware sterren aan het

einde van hun evolutie zijneinde van hun evolutie zijn

Hertzsprung-Russell diagram geeft Hertzsprung-Russell diagram geeft overzicht van typen sterren overzicht van typen sterren

Schematische evolutiesporenSchematische evolutiesporen

Rechts:Rechts: de ster die later SN1987A zou worden. de ster die later SN1987A zou worden. Links:Links: de supernova op top van helderheid de supernova op top van helderheid

Evolutiespoor SN 1987A vóór de explosie; Evolutiespoor SN 1987A vóór de explosie; zware ster; dus een type II supernovazware ster; dus een type II supernova

Betelgeuze in Orion – wordt dit Betelgeuze in Orion – wordt dit ‘binnenkort’ een supernova?‘binnenkort’ een supernova?

Antwoord: vermoedelijk niet; moet Antwoord: vermoedelijk niet; moet nog naar ‘links’ evoluerennog naar ‘links’ evolueren

Goede kandidaten: hyperreuzenGoede kandidaten: hyperreuzenlichtkracht tussen 400 000 en 2 miljoen maal zon; lichtkracht tussen 400 000 en 2 miljoen maal zon; zie ook het Gele Gatzie ook het Gele Gat

Daaronder meest waarschijnlijke kandidaat: Eta Carina Daaronder meest waarschijnlijke kandidaat: Eta Carina ((hete ster van grote lichtkracht; 3 miljoen maal zon)hete ster van grote lichtkracht; 3 miljoen maal zon)

Laatste gevonden galactische supernova- Laatste gevonden galactische supernova- rest ontdekt 1985; röntgenbron G1.9+0.3. rest ontdekt 1985; röntgenbron G1.9+0.3. Nabij centrum Melkweg Nabij centrum Melkweg (zie het vierkantje)(zie het vierkantje). .

140 jaren jong!140 jaren jong!

• 2007: Chandra ruimtetelescoop zag het 2007: Chandra ruimtetelescoop zag het Röntgenbeeld: ontdekte hoge temperatuurRöntgenbeeld: ontdekte hoge temperatuur

• Snelle expansie : leeftijd was toen 140 jaarSnelle expansie : leeftijd was toen 140 jaar• Moet dus ca. 1870 uitgebarsten zijn – in Moet dus ca. 1870 uitgebarsten zijn – in

werkelijkheid 30 000 jaren eerderwerkelijkheid 30 000 jaren eerder• Ligt nabij (enkele duizenden lichtjaren!) het Ligt nabij (enkele duizenden lichtjaren!) het

centrum van het Melkwegstelselcentrum van het Melkwegstelsel• Moeilijk te zien achter dichte stofwolken en Moeilijk te zien achter dichte stofwolken en

daardoor was ook de explosie onzichtbaardaardoor was ook de explosie onzichtbaar

Dank u!Dank u!

Deze presentatie kan nagelezen Deze presentatie kan nagelezen worden op worden op

www.cdejager.com/presentatieswww.cdejager.com/presentaties Ga daar naar SN1006Ga daar naar SN1006