Waar komen de meeste elementen die essentieel zijn voor het leven op aarde vandaan? Het antwoord:in de ovens van sterren en de explosies die het einde van het leven van sommige sterren markeren.

Astronomen hebben lang geëxplodeerde sterren en hun overblijfselen bestudeerd - bekend als "supernovaresten" - om beter te begrijpen hoe sterren veel van de op aarde waargenomen elementen produceren en vervolgens verspreiden. en in de kosmos in het algemeen.

Door zijn unieke evolutionaire status, Cassiopeia A (Cas A) is een van de meest intensief bestudeerde van deze supernovaresten. Een nieuwe afbeelding van NASA's Chandra X-ray Observatory toont de locatie van verschillende elementen in de overblijfselen van de explosie:silicium (rood), zwavel (geel), calcium (groen) en ijzer (paars). Elk van deze elementen produceert röntgenstralen binnen nauwe energiebereiken, waardoor kaarten van hun locatie kunnen worden gemaakt. De explosiegolf van de explosie wordt gezien als de blauwe buitenring.

Röntgentelescopen zoals Chandra zijn belangrijk voor het bestuderen van supernovaresten en de elementen die ze produceren, omdat deze gebeurtenissen extreem hoge temperaturen genereren - miljoenen graden - zelfs duizenden jaren na de explosie. Dit betekent dat veel supernovaresten, inclusief Cas A, gloeien het sterkst bij röntgengolflengten die niet detecteerbaar zijn met andere soorten telescopen.

Chandra's scherpe röntgenvisie stelt astronomen in staat gedetailleerde informatie te verzamelen over de elementen die objecten zoals Cas A produceren. Bijvoorbeeld, ze zijn niet alleen in staat om veel van de aanwezige elementen te identificeren, maar hoeveel van elk worden verdreven in de interstellaire ruimte.

De Chandra-gegevens geven aan dat de supernova die Cas A produceerde, wonderbaarlijke hoeveelheden belangrijke kosmische ingrediënten heeft voortgebracht. Cas A heeft ongeveer 10 verspreid, 000 aardmassa's aan zwavel alleen, en ongeveer 20, 000 aardmassa's van silicium. Het ijzer in Cas A heeft een massa van ongeveer 70, 000 keer die van de aarde, en astronomen detecteren maar liefst een miljoen aardmassa's aan zuurstof die vanuit Cas A de ruimte in wordt geworpen, gelijk aan ongeveer drie keer de massa van de zon. (Ook al is zuurstof het meest voorkomende element in Cas A, zijn röntgenstraling is verspreid over een breed scala aan energieën en kan in deze afbeelding niet worden geïsoleerd, in tegenstelling tot de andere elementen die worden getoond.)

Astronomen hebben andere elementen in Cas A gevonden naast de elementen die op deze nieuwe Chandra-afbeelding worden getoond. Koolstof, stikstof, fosfor en waterstof zijn ook gedetecteerd met behulp van verschillende telescopen die verschillende delen van het elektromagnetische spectrum waarnemen. Gecombineerd met de detectie van zuurstof, dit betekent alle elementen die nodig zijn om DNA te maken, het molecuul dat genetische informatie draagt, zijn te vinden in Cas A.

Zuurstof is het meest voorkomende element in het menselijk lichaam (ongeveer 65 massaprocent), calcium helpt bij het vormen en behouden van gezonde botten en tanden, en ijzer is een essentieel onderdeel van rode bloedcellen die zuurstof door het lichaam transporteren. Alle zuurstof in het zonnestelsel is afkomstig van exploderende massieve sterren. Ongeveer de helft van het calcium en ongeveer 40% van het ijzer komt ook van deze explosies, waarbij de rest van deze elementen wordt geleverd door explosies met een kleinere massa, witte dwergsterren.

Hoewel de exacte datum niet is bevestigd, veel experts denken dat de stellaire explosie die Cas A creëerde rond het jaar 1680 in het tijdsbestek van de aarde plaatsvond. Astronomen schatten dat de gedoemde ster ongeveer vijf keer de massa van de zon was net voordat hij explodeerde. Naar schatting is de ster zijn leven begonnen met een massa van ongeveer 16 keer die van de zon, en verloor ongeveer tweederde van deze massa in een krachtige wind die enkele honderdduizenden jaren voor de explosie van de ster waaide.

Eerder in zijn leven, de ster begon waterstof en helium in zijn kern te fuseren tot zwaardere elementen door middel van het proces dat bekend staat als 'nucleosynthese'. De energie die ontstaat door de fusie van zwaardere en zwaardere elementen bracht de ster in evenwicht met de zwaartekracht. Deze reacties gingen door totdat ze ijzer vormden in de kern van de ster. Op dit punt, verdere nucleosynthese zou energie verbruiken in plaats van produceren, dus de zwaartekracht zorgde ervoor dat de ster implodeerde en een dichte stellaire kern vormde die bekend staat als een neutronenster.

De exacte manier waarop een enorme explosie wordt geproduceerd na de implosie is ingewikkeld, en een onderwerp van intensieve studie, maar uiteindelijk werd het invallende materiaal buiten de neutronenster getransformeerd door verdere kernreacties toen het naar buiten werd uitgestoten door de supernova-explosie.

Chandra heeft Cas A herhaaldelijk waargenomen sinds de telescoop in 1999 de ruimte in werd gelanceerd. De verschillende datasets hebben nieuwe informatie onthuld over de neutronenster in Cas A, de details van de explosie, en details van hoe het puin in de ruimte wordt uitgeworpen.