Kunnen supernova’s een gevaar vormen voor het leven op aarde?

Op zo’n 600 lichtjaar afstand van de aarde bevindt zich een rode superreus: Betelgeuze. Waarschijnlijk heb je deze ster op een heldere avond al wel eens aan de hemel zien staan. Hij valt op tussen al die andere lichtpuntjes, omdat hij een beetje rood van kleur is. Bovendien brandt de ster heel fel. Dat laatste komt echter met een prijs: hierdoor zal de ster ook relatief snel zijn brandstof opmaken en maar een korte levensduur hebben. De naar schatting acht miljoen jaar oude ster zal dan ook (naar astronomische begrippen) spoedig een supernova worden. En als het eenmaal zover is, kan dat ons mensen hier op aarde eigenlijk niet ontgaan. De explosie die dan ontstaat, is naar verwachting zelfs op klaarlichte dag vanaf de aarde te bewonderen!

Het ontstaan van een supernova
Supernova’s zijn de grootste explosies die in de ruimte voorkomen. Ze ontstaan doordat er een verandering optreedt in de kern van een ster. Die verandering kan het resultaat zijn van twee verschillende ontwikkelingen. In het geval van Betelgeuze treden de veranderingen op, doordat de ster door zijn brandstof heen is. Zonder die bron van energie kan de ster niet meer opboksen tegen de zwaartekracht en een deel van zijn eigen massa stroomt richting die kern. Die wordt steeds zwaarder en zwaarder, tot deze ineenstort. Dat resulteert in een gigantische explosie, oftewel supernova. Een supernova kan daarnaast ook ontstaan in een systeem dat uit twee sterren bestaat die om elkaar heen draaien. Hierbij steelt de ene ster materie van de andere ster, waardoor deze uiteindelijk zo zwaar wordt, dat deze explodeert.

Eerdere supernova’s
Wanneer Betelgeuze ontploft, is dat niet de eerste supernova die in de nabijheid van de aarde ontstaat. In 2016 is een studie verschenen die aantoonde dat de aarde tussen 3,2 en 1,7 miljoen jaar geleden herhaaldelijk gebombardeerd werd met radioactieve isotopen, afkomstig van supernova’s in de buurt. “Het suggereert dat er sprake was van een serie supernova’s, waarbij de één na de ander ontplofte,” zo stelde onderzoeker Anton Wallner in een persbericht. Geschat werd dat deze sterren op dat moment zo’n 300 lichtjaar van de aarde verwijderd waren. Welke gevolgen de ontploffingen voor de aarde hadden, konden Wallner en collega’s niet achterhalen. Maar er zijn voorzichtige aanwijzingen dat de explosies niet ongemerkt aan het leven op aarde voorbijtrokken. Zo wijst Wallner erop dat het wel heel toevallig is dat deze supernova’s samenvallen met de periode “waarin de aarde afkoelde en het Plioceen plaatsmaakte voor het Pleistoceen”.

Betelgeuze is zo’n 100.000 keer helderder dan onze zon en dit is de scherpste foto die ooit van de ster is gemaakt. De foto werd vorig jaar zomer vrijgegeven door ESO. Afbeelding: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / E. O’Gorman / P. Kervella.

Mogelijke gevolgen
Wallner en collega’s suggereren in hun studie dat een supernova voor grote veranderingen op aarde kan zorgen. Het is niet heel verbazingwekkend. We hebben het hier tenslotte over zware sterren die exploderen en daarbij tal van zware elementen en allerhande straling de ruimte in slingeren. Maar hoe kan dat nu precies voor problemen zorgen op aarde? Er zijn verschillende scenario’s te bedenken, zo blijkt onder meer uit een onderzoek dat vorig jaar verscheen. Zo kan een ster die in de buurt van de aarde ontploft leiden tot:
meer bosbranden. Wanneer een ster ontploft, komt er kosmische straling vrij. En als de ster redelijk dicht bij de aarde in de buurt staat, kan die kosmische straling in theorie vrij diep in de atmosfeer doordringen. Daarbij creëert deze als het ware een ‘pad’ door de atmosfeer en op dat pad worden atomen van hun elektronen ontdaan. Het maakt de weg vrij voor bliksemschichten die zich vanuit wolken naar de grond haasten. “Het resultaat zou een significante toename in bliksemschichten zijn: de belangrijkste oorzaak van bosbranden (op mensen na dan),” aldus onderzoeker Brian Thomas, één van de auteurs van het hierboven aangehaalde paper. Die bosbranden kunnen ervoor zorgen dat complete ecosystemen op losse schroeven komen te staan.
klimaatverandering. Wanneer er middels kosmische straling meer blikseminslagen zijn en wereldwijd grote bosbranden ontstaan, kan dat bijvoorbeeld leiden tot afkoeling. De bosbranden brengen namelijk roetdeeltjes in de lucht, waardoor zonlicht niet of nauwelijks meer het oppervlak kan bereiken.
kanker. De kosmische straling kan ook een directe impact hebben op het leven op aarde: “De duidelijkste consequentie die het baden in kosmische straling voor het leven op aarde heeft, is een toename van kanker en het sneller ontstaan van mutaties,” vertelt Thomas in een persbericht.
ernstige aantasting van de ozonlaag. Wanneer een ster ontploft, kan er ook gammastraling vrijkomen. Deze straling leidt tot chemische reacties hoog in de atmosfeer, die weer leiden tot de afbraak van ozon. Deze ozonlaag beschermt ons tegen (kankerverwekkende) UV-straling én kosmische straling en zo kan gammastraling de eerder genoemde problemen – die stuk voor stuk het resultaat zijn van kosmische straling – dus nog verder vergroten.
een verstoord ritme. Wanneer een supernova nabij de aarde ontploft, zal er gedurende ongeveer een maand een blauw licht aan de hemel staan. “Dat klinkt niet heel ernstig, maar er is aangetoond dat het voor bijna alle levende organismen een probleem is,” vertelt onderzoeker Adrian Melott die eveneens aan de hierboven aangehaalde studie meewerkte. Het gooit de productie van een hormoon (melatonine) dat van cruciaal belang is voor het dag- en nachtritme overhoop.

Een artistieke impressie van een supernova. Afbeelding: NASA / CXC / M.Weiss.

Het draait allemaal om afstand
Het moge duidelijk zijn: supernova’s kunnen een nachtmerrie zijn voor een levende planeet zoals de onze. Of een supernova ook echt in staat is tot het bezorgen van de hierboven beschreven ellende is echter voornamelijk afhankelijk van de afstand waarop deze zich bevindt. Wat ons natuurlijk brengt bij de vraag: hoever moet je bij een supernova uit de buurt blijven? Daar zijn astronomen het nog niet helemaal over eens. In een paper dat in 2003 verscheen, stelden onderzoekers dat een supernova die binnen 25 lichtjaar van de aarde ontstond, zou leiden tot massa-extincties op aarde. Maar het onderzoek dat vorig jaar verscheen, suggereert dat ook supernova’s voorbij 25 lichtjaar afstand behoorlijk gevaarlijk kunnen zijn. “We weten het niet precies,” moest Melott in een persbericht bekennen. “Maar we denken meer aan 40 tot 50 lichtjaar.” In hun studie bogen Melott en collega’s zich over een supernova-explosie die zo’n 2,6 miljoen jaar geleden plaatsvond, waarschijnlijk op zo’n 150 lichtjaar afstand van de aarde. Het leidde niet tot massa-extincties, maar mogelijk wel tot grote veranderingen op aarde. Zo zijn er aanwijzingen dat bossen in Afrika – mogelijk onder invloed van de door de supernova ingegeven bosbranden – verdwenen en plaatsmaakten voor graslanden. “En dat kan zelfs weer van invloed zijn geweest op de evolutie van de mens,” denkt Melott.

Betelgeuze
Terug naar Betelgeuze: de dichtstbijzijnde ster die op relatief korte termijn (naar schatting binnen 100.000 jaar) een supernova dreigt te worden. De ster staat op een veilige afstand van zo’n 600 lichtjaar en is dus geen reden voor slapeloze nachten. Maar er zijn meer supernova-kandidaten in de buurt. Zo wordt IK Pegasi B bijvoorbeeld vaak genoemd. De ster – onderdeel van een dubbelstersysteem – bevindt zich op dit moment op slechts 150 lichtjaar afstand van de aarde en is daarmee de dichtstbijzijnde supernova-kandidaat. Het goede nieuws is echter dat deze ster niet – zoals Betelgeuze – op ontploffen staat. Het kan nog miljoenen jaren duren voor deze voldoende massa van zijn begeleider heeft afgepakt om te kunnen exploderen. En – nog meer goed nieuws – dit dubbelstersysteem beweegt bij ons vandaan. Dus wanneer deze eindelijk klaar is om te ontploffen, is deze zo ver van ons verwijderd dat we er weinig van te vrezen hebben. Hetzelfde geldt voor Spica, een supernova-kandidaat op 250 lichtjaar afstand.

Van Betelgeuze en collega’s hoef je dan ook niet wakker te liggen. En dat is ook wat Melott aan een ieder die hem naar de rode superreus vraagt, meedeelt. “Ik vertel ze dat ze zich zorgen moeten maken over klimaatverandering en kernoorlogen, maar niet over dit soort dingen.”