Reuzenster Betelgeuze – 900 keer zo groot als de zon – staat ‘op punt van ontploffen’, sterrenkundig gezien dan

Alsof iemand een schakelaar omhaalt. Van het ene moment op het andere staat er een kosmische schijnwerper aan de hemel. Een ster die zoveel licht geeft dat je er een boek bij kunt lezen. Bij het ufo-meldpunt staat de telefoon roodgloeiend. Het nieuws gaat viraal. ‘Supernova’ is trending op Twitter. Kranten openen ermee, aan talkshowtafels buitelen de experts over elkaar heen. De kosmische explosie is zó helder dat hij maandenlang zelfs overdag te zien is, als een soort mini-zon. Malafide bedrijfjes doen goede zaken met de verkoop van pillen die je zouden beschermen tegen de gevolgen van kosmische straling. Doemprofeten kondigen het einde der tijden aan.

Het kan zomaar gebeuren. Over vijftig jaar, of volgende maand, of komende nacht. Een supernova-explosie – het catastrofale levenseinde van een zware ster – ziet niemand aankomen. Althans, niet tot op de dag nauwkeurig. Wat sterrenkundigen wél weten: de heldere ster Betelgeuze in het wintersterrenbeeld Orion staat op het punt om uit elkaar te spatten. Over de vraag wanneer dat gaat gebeuren, zijn de meningen verdeeld. ‘Op het punt’ is een relatief begrip – in de sterrenkunde staat dat voor ‘binnen pakweg honderdduizend jaar’. Maar sommige astronomen denken dat de explosie misschien deze eeuw al kan plaatsvinden.

Het zou wel tijd worden, trouwens. Volgens Gijs Nelemans van de Radboud Universiteit in Nijmegen komen supernova’s gemiddeld eens in de 75 jaar voor in een sterrenstelsel zoals onze Melkweg. Maar de laatste dateert al van 1604. ‘Overigens is het niet vanzelfsprekend dat een supernova in ons Melkwegstelsel ook meteen makkelijk zichtbaar is’, zegt Nelemans, ‘want tussen de sterren zit veel absorberend stof.’ Zo is er in het sterrenbeeld Cassiopeia een uitdijende gasschil gevonden die moet zijn ontstaan bij een supernova-explosie in de tweede helft van de 17de eeuw, die door niemand is opgemerkt.

Maar als Betelgeuze knalt, zal dat niet onopgemerkt blijven. De ster staat op een afstand van ‘slechts’ 640 lichtjaar en is nu al een van de helderste aan de hemel. Een supernova op die afstand straalt even fel als de volle maan. En Betelgeuze is al behoorlijk instabiel. De rode reuzenster is ongeveer vijftien keer zo zwaar als de zon en maar liefst negenhonderd keer zo groot. Hij vertoont trage pulsaties als een kosmische kwal, blaast gas en stof de ruimte in en is in de afgelopen tweeduizend jaar misschien zelfs ingrijpend van kleur veranderd: volgens oude beschrijvingen uit Griekenland en Perzië was hij vroeger veel geler dan nu.

The Great Dimming

Geen wonder dat iedereen opschrok toen Betelgeuze eind 2019 plotseling veel zwakker werd – een opmerkelijk verschijnsel dat The Great Dimming is genoemd. Was er sprake van een laatste stuiptrekking? Werd het tijd om de zonnebril klaar te leggen? Zo’n vaart liep het gelukkig niet, vertelt reuzensterrenexpert Henny Lamers (als emeritus hoogleraar verbonden aan de Universiteit van Amsterdam), al bleef geruime tijd onduidelijk wat er precies aan de hand was. ‘Uit metingen met de Europese Very Large Telescope weten we nu dat Betelgeuze een gigantische stofwolk heeft uitgebraakt’, aldus Lamers, ‘die vooral het zuidelijk halfrond van de ster verduisterde.’ Met de vakpublicaties die over The Great Dimming zijn geschreven, kun je inmiddels een paar ordners vullen.

De grote vraag blijft in welke fase van het stervensproces Betelgeuze zich bevindt. Net als in onze eigen zon vonden er in het binnenste van de ster miljoenen jaren lang kernfusiereacties plaats waarbij waterstof wordt omgezet in helium. Toen de waterstofvoorraad in de kern uitgeput raakte, begon er een nieuwe fase, waarbij helium fuseert tot koolstof en zuurstof. Die fase duurt korter (enkele honderdduizenden jaren) en er komt veel meer energie bij vrij – vandaar dat de ster zo enorm sterk is opgezwollen. Als ook het helium op is, ‘verbrandt’ koolstof tot magnesium en neon, en daarna volgen steeds kortere perioden waarin uiteindelijk silicium en zelfs atomen van (gasvormig) ijzer ontstaan. Dan komen de fusiereacties tot stilstand, stort de kern van de ster ineen, en worden de buitenlagen met kolossale kracht de ruimte in geblazen: een supernova-explosie.

Volgens Hideyuki Saio van de Japanse Tohoku-universiteit zit Betelgeuze al aan het eind van zijn koolstofverbrandingsfase. In een artikel dat hij met drie collega’s schreef voor Monthly Notices of the Royal Astronomical Society leidt Saio dat af uit de complexe helderheidsvariaties van de ster. De conclusie: binnen hooguit een paar eeuwen kan het gedaan zijn met de ster. Maar het artikel heeft al vóór de publicatie tot kritische reacties geleid. Verreweg de meeste astronomen denken dat er in het binnenste van Betelgeuze nog steeds heliumfusie plaatsvindt en dat de supernova-explosie waarschijnlijk nog tienduizenden jaren op zich zal laten wachten.

‘Je kunt het aan de buitenkant gewoon heel moeilijk zien’, zegt Lamers. ‘In ieder geval niet aan de chemische samenstelling, want die fusiereacties vinden diep in het inwendige plaats.’ En de helderheidsschommelingen van Betelgeuze zijn niet zo eenduidig te interpreteren. Zo zijn er vier periodiciteiten tegelijkertijd actief. Saio en zijn collega’s gaan ervan uit dat de traagste schommelingen, met een periode van zes jaar, veroorzaakt worden door het uitdijen en weer inkrimpen van de ster. Maar volgens de meeste andere astronomen pulseert de ster een stuk sneller, wat zich vertaalt in snellere helderheidsvariaties met een periode van vierhonderd dagen.

Overigens is daar ook iets bijzonders mee, want die periode lijkt sinds The Great Dimming te zijn gehalveerd tot tweehonderd dagen. Dat zou dan dus betekenen dat het oppervlak van de instabiele reuzenster sinds een paar jaar twee keer zo snel op en neer beweegt. En dat kan alleen als de buitenlagen vrij plotseling zijn ‘losgekoppeld’ van het inwendige, zoals Morgan MacLeod (Harvard-universiteit) en zijn collega’s voorrekenen in een artikel op preprint-server arXiv.

Koolstofverbrandingsfase

Een groot bezwaar tegen de theorie van Saio, zegt Lamers, is echter dat een ster in de koolstofverbrandingsfase nóg veel groter moet zijn, omdat er bij de koolstoffusie nóg veel meer energie vrijkomt: niet 900, maar 1.200 keer zo groot als de zon, oftewel 1,7 miljard kilometer in diameter. Als onze eigen zon die afmetingen had, zouden de buitenlagen tot voorbij de baan van de reuzenplaneet Jupiter reiken. Hoewel het niet meevalt om de afmetingen van een ster te bepalen, doen de beste metingen met aardse telescopen toch vermoeden dat Betelgeuze echt niet zó immens groot is.

Kortom: de kans dat Betelgeuze vannacht – of deze eeuw – explodeert, is waarschijnlijk verwaarloosbaar klein. Wat natuurlijk niet wil zeggen dat er binnenkort geen ándere ster kan exploderen. Zo houden astronomen ook de sterren Eta Carinae en VY Canis Majoris nauwlettend in het oog – die staan weliswaar veel verder weg, maar lijken nóg meer op het punt te staan hun laatste adem uit te blazen.

Bovendien, zegt Gijs Nelemans, zijn er ook nog supernova’s van een heel ander type: geen zware reuzensterren die ontploffen, maar kleine witte dwergen die massa opslurpen van een begeleider en daardoor zo zwaar worden dat ze onder hun eigen gewicht ineenstorten, met opnieuw een catastrofale explosie als gevolg. ‘De voorlopers van dat soort supernova’s zijn heel makkelijk te missen’, aldus Nelemans.

Feit blijft dat de eerstvolgende supernova in ons eigen Melkwegstelsel statistisch gezien eigenlijk niet heel lang meer op zich kan laten wachten – of het nu om Betelgeuze gaat of om een andere ster. Sterrenkundigen kunnen niet wachten: het zou een uitgelezen mogelijkheid zijn om zo’n terminale explosie in detail te bestuderen, met de geavanceerde instrumenten waarover ze nu beschikken. De een z’n dood is de ander z’n brood.