Deze stervende ster veranderde met een zucht in een zwart gat, in plaats van met een spetterende supernova.

De dood van grote sterren is behoorlijk spectaculair. Ze gaan namelijk de pijp uit met een gigantische explosie: een supernova. En midden tussen al dat geweld kan zich een zwart gat vormen. De meeste zogenoemde stellaire zwarte gaten ontstaan op deze manier.

Tenminste, dat is de gangbare theorie. Maar een heldere en grote ster in ons buursterrenstelsel Andromeda is plotseling verdwenen. Volgens sterrenkundigen van onder andere Columbia University laat dat zien dat sterren ook stilletjes, dus zonder een supernova, in een zwart gat kunnen veranderen. Ze schrijven erover in het gerenommeerde tijdschrift Science.

Lees ook:

• Astronomen vinden de vroegste supernova ooit
• Dit superzware zwarte gat produceerde de krachtigste winden ooit gemeten

Ster verdween plotseling

De hoofdrolspeler in dit verhaal is een ster met de pakkende naam ‘M31-2014-DS1’. Deze bevond zich in het Andromedastelsel, op 2,5 miljoen lichtjaar van de aarde. In 2014 werd deze ster flink helderder: een signaal dat hij binnenkort kon gaan ontploffen als supernova.

Maar opmerkelijk genoeg nam zijn helderheid twee jaar later plotseling in rap tempo weer af. En dat dimmen zette door. In 2022 was hij zelfs zo goed als verdwenen. “Deze ster was vroeger een van de helderste sterren in het Andromedastelsel, maar nu is hij nergens meer te zien”, zegt hoofdonderzoeker Kishalay De.

Toen M31-2014-DS1 nog jong was, had hij ongeveer dertien keer zoveel massa als onze zon. Dat was inmiddels afgenomen tot grofweg vijf keer zoveel massa (hij had gedurende zijn leven veel materiaal via krachtige winden uitgestoten). Sterren van dit formaat sterven normaal gesproken via een supernova. Het is dus opvallend dat M31-2014-DS1 is verdwenen zonder zo’n explosie.

De onderzoekers denken dat de ster was begonnen aan een supernova, maar dat die is mislukt. Hierdoor stierf hij een stille dood en vormde een zwart gat. Wetenschappers vermoeden al jaren dat dit soms gebeurt, maar ze hadden er nog geen overduidelijk bewijs voor.

Wat is een mislukte supernova?

Sterren hebben zoveel massa dat ze eigenlijk horen te bezwijken onder hun eigen zwaartekracht. De reden dat ze niet instorten, is dat ze in hun kern waterstof tot helium fuseren. Bij dit proces ontstaat een druk die de zwaartekracht tegenwerkt en daarmee voorkomt dat de kern van de ster instort. Maar op een gegeven moment raakt het waterstof op en wint de zwaartekracht het toch.

Bij sterren die grofweg tien keer zoveel massa als onze zon hebben, komt bij de instorting van de kern een schokgolf vrij die explosief genoeg is om de buitenste gaslagen van de ster het heelal in te slingeren: de supernova. Niet al het materiaal verdwijnt in de kosmos, een deel valt terug op de ingestorte kern. Die verzamelt daardoor zoveel massa dat hij in een neutronenster of zelfs een zwart gat verandert.

Maar sterrenkundigen vermoeden dat de dood van grote sterren ook anders kan verlopen. Ze denken dat de schokgolf soms niet krachtig genoeg is om een supernova te veroorzaken. Bij zo’n mislukte supernova valt bijna al het stermateriaal op de ingestorte kern, waardoor die verandert in een zwart gat.

Stille dood

Waar supernova’s enorm veel licht produceren, zijn mislukte supernova’s juist amper te zien. Hoewel wetenschappers dus vermoedden dat ze bestaan, hadden ze daar nog weinig bewijs voor gevonden. Toch denken ze er in 2010 al een gespot te hebben in het sterrenstelsel NGC 6946, dat ongeveer tien keer verder weg ligt dan M31-2014-DS1. Maar de kwaliteit van de gegevens was laag, waardoor het nog niet helemaal zeker was of dit daadwerkelijk een mislukte supernova was.

De waarnemingen van M31-2014-DS1 zijn een stuk beter en laten volgens de onderzoekers veel overtuigender zien dat hier sprake is van een mislukte supernova die leidde tot een zwart gat. Deze bevindingen maken het ook aannemelijk dat de ster in NGC 6946 inderdaad een stille dood is gestorven.

Pas het begin van het verhaal

M31-2014-DS1 kan sterrenkundigen nu veel leren over hoe zwarte gaten ontstaan – en dat is broodnodig. “We weten al bijna vijftig jaar dat zwarte gaten bestaan”, zegt De, “maar we weten nog maar heel weinig over welke sterren in zwarte gaten veranderen en hoe dat gebeurt.”

Dit is bovendien pas het begin van het verhaal, zegt De. “Het licht van het stoffige puin rondom het pasgeboren zwarte gat zal nog tientallen jaren zichtbaar zijn met gevoelige telescopen, zoals de James Webb-ruimtetelescoop.” Dat biedt genoeg kans om de ontwikkeling van het nieuwe zwarte gat te volgen.

Bronnen: Science, Columbia University via EurekAlert!, Flatiron Institute via EurekAlert!