Bible-Science.info

Bijbel en wetenschap

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Supernovaresten

Een supernova is de explosie van een ster. De kern van zo'n wordt meestal een zwart gat of een neutronenster. De materie die bij de explosie naar buiten wordt geslingerd noemen we een supernovarest, afgekort SNR.

We kunnen de ontwikkeling van een SNR in 3 fasen verdelen:

1. De weggeslingerde materie kan zich bijna ongeremd bewegen door het omliggende interstellaire medium (ISM), doordat de dichtheid van die materie veel hoger is dan die van het ISM. Deze eerste fase kan tien tot enkele honderen jaren duren.

2. Deze fase wordt ook wel de Sedov-Taylorfase of adiabatische fase genoemd. Doordat de materie steeds meer ruimte inneemt, wordt de dichtheid natuurlijk steeds lager. Deze wordt op een gegeven moment zelfs lager dat die van het omringende ISM. Hierdoor kan een schokgolf teruglopen naar de kern van de SNR. Deze teruggaande golf wordt ook wel 'blastwave' genoemd. Hierdoor wordt de materie in de SNR afgeremd die daardoor zeer heet kan worden. De materie in de schil achter de terugkerende golf zal een hogere dichtheid hebben waardoor het veel makkelijker kan gaan afkoelen. Deze tweede fase kan tienduizenden jaren duren.

3. Wanneer de temperatuur lager wordt dan zo'n 20000 graden, kunnen elektronen zich weer aan koolstof- en zuurstofionen binden. Hierdoor wordt er UV-licht uitgestaald. Deze fase wordt daarom ook wel de stalingsfase (Engels: radiative phase) genoemd en kan miljoenen jaren duren.

Wanneer het heelal zo'n 6000 jaar oud is, verwacht je dat er geen SNR's in fase 3 bestaan. Immers, een 6000 jaar oude SNR zou zich nog steeds in fase 2 moeten bevinden. Is het heelal echter miljarden jaren oud, dan zouden er duizenden van dergelijke SNR's moeten zijn. Die zijn natuurlijk niet allemaal vanaf aarde te zien, omdat er bijvoorbeeld een ander object tussen de SNR en de aarde kan zitten. Maar we zouden er toch allicht een paar moeten kunnen zien.

In sommige (oude?) creationistische artikelen is te lezen dat er geen enkele SNR is waargenomen dat zich in fase 3 bevindt, en dat het heelal dus niet miljarden jaren oud kan zijn. Dat klopt echter niet. Er zijn wel degelijk SNR's gevonden die, gezien hun berekende leeftijd, zich in fase 3 moeten bevinden.

Betekent dit nu ook dat het heelal meer dan 6000 jaar oud moet zijn? Nee, dat hoeft niet. Bij het berekenen van de leeftijd van een SNR worden namelijk heel wat aannames gedaan. Laten we maar eens naar 2 voorbeelden kijken. Hierbij worden onderstaande 5 formules gebruikt waarbij ook al de waarden van het eerste voorbeeld zijn ingevuld.

Ons eerste voorbeeld is SNR Cassiopeia A (Cas A). De afstand tot de aarde wordt geschat op 11100 lichtjaar. Een lichtjaar is 9,46 biljard meter. (Een biljard is een 1 met 15 nullen, dus 1015.) Tijdens een meting in 2014 was deze SNR cirkelvormig en had het een straal van 168 boogseconden. In 1 graad op onze geodriehoek zitten 60 boogminuten en in elke boogminuut zitten 60 boogseconden. In 1 graad zitten dus 3600 boogseconden. De straal in graden is dus 168/3600 = 0,0467 graden. Om de straal van de SNR is meters te berekenen, gebruiken we formule [1]. Hierin is D de afstand van de SNR tot de aarde in meters en de Griekse letter theta de straal van de SNR in meters. Dus straal r = 8,55·1016 m.

Vanaf de aarde zien we de SNR in een plat vlak als een cirkel, maar hij zal in werkelijkheid bolvormig zijn. Om het volume (inhoud) van de SNR te berekenen, gebruiken we de formule [2]. Volume V = 2,62·1051 m3.

De massa is te berekenen met formule [3]. Hierin is m de massa in kg, V het volume in m3 en de Griekse letter rho de dichtheid van het ISM die wordt geschat op 10-21kg/m3. De massa van Cas A dan 2,62·1030 kg.

Als we weten met hoeveel (kinetische) energie de materie in de SNR is weggeslingerd, kunnen we de snelheid berekenen waarmee de materie het ISM in werd geslingerd met behulp van formule [4]. Voor elke SNR wordt aangenomen dat energie Ek 1044 joules is geweest. Snelheid v is dan 8,74·106 m/s.

Als we vervolgens aannemen dat deze snelheid constant is gebleven, kunnen we de de tijd sinds het begin van de explosie berekenen. De afgelegde afstand is immers snelheid keer tijd, dus tijd is afstand gedeeld door de snelheid; zie formule [5]. De snelheid v hebben we net berekend en de afstand r is natuurlijk de straal van de SNR (aangenomen dat de oorspronkelijke afmeting van de ster verwaarloosbaar is ten opzichten van de huidige straal van de SNR). Tijd t is dus 9,78·109 seconden. Als we voor het aantal dagen in een jaar 365,25 nemen, zitten er 31557600 seconden in een jaar. Tijd t moeten we dus door dit getal delen om de leeftijd in jaren te krijgen. We komen dan uit op een leeftijd van 310 jaar. Of beter gezegd: in 2014 zagen we Cas A zoals hij er 310 jaar na zijn ontstaan uit zag. Maar omdat hij 11100 lichtjaar bij ons vandaan staat, heeft het licht er even over gedaan om ons te bereiken. Theoretisch gezien heeft het licht daar 11100 jaar over gedaan. Daar komt immers de definitie voor 'lichtjaar' vandaan: de afstand die het licht in 1 jaar aflegt. We hebben echter al in de vorige paragraaf gezien dat licht van een ster die x lichtjaar bij ons vandaan staat er niet per se x jaar over hoeft te hebben gedaan om ons te bereiken. In elk geval zal deze SNR (theoretisch gezien) te jong zijn om zich in fase 3 te bevinden.

Laten we daarom een kijken naar SNR G279.0+1.1. Volgens de Royal Astronomy Society heeft deze SNR een diameter van 84pc. 1 pc (parsec) = 3,26 lichtjaar. De straal is dus 42pc, oftewel 1,30·1018 m. Als we dezelfde aannames doen als in het vorige voorbeeld, komen we uit op een volume V van 9,10·1054 m3, een massa van 9,10·1033 kg, een snelheid van 148km/s en daarmee een leeftijd van 8,78·1012 s of 278 duizend jaar. Uiteraard zal allereerst de aanname dat de snelheid constant is geweest niet kloppen. Met een dergelijke leeftijd is fase 1 al lang voorbij en in fase 2 zal de snelheid zijn afgenomen door de teruggaande golf. De geschatte leeftijd zal hierdoor toenemen. Die is dan ook 1 miljoen jaar.

Zoals gezegd betekent dit niet dat SNR G279.0+1.1 278 duizend jaar of zelfs nog ouder moet zijn. Bij het berekenen hebben we enkele aannames gedaan. De eerste is dat de dichtheid van de ISM bij elke SNR hetzelfde is (10-21 kg/m3). Een andere aanname is dat de hoeveelheid kinetische energie altijd gelijk is (1044 J). Verder kunnen ook andere objecten de expansie versnellen. In de Krabnevel bijvoorbeeld bevindt zich een pulsar die de materie een flinke versnelling kan geven. De afstand tussen aarde en SNR is in zekere zin ook een aanname aangezien we het niet met een meetlint of ruimtevaartuig na kunnen meten. Maar de gebruikte methoden voor het meten van afstanden lijken nauwkeurig genoeg. De onnauwkeurigheid hierin is in elk geval niet groot genoeg om van 278 duizend jaar een paar duizend jaar te maken.

Conclusie: het is dus niet (langer) zo dat weteschappers geen SNR's hebben kunnen vinden die ze zelf dateren op meer dan een paar duizend jaar oud. Deze stelling moeten wij creationisten dan ook niet meer gebruiken. We hoeven de opgegeven leeftijden echter ook niet als keihard feit te accepteren.