Artist illustraton van een zwart gat dat een neutronenster verbruikt. Afbeelding tegoed: Dana Berry / NASA. Klik om te vergroten.
Wetenschappers hebben een 35 jaar oud mysterie van de oorsprong van krachtige lichtflitsen van een fractie van een seconde, korte gammastraaluitbarstingen genoemd, opgelost. Deze flitsen, helderder dan een miljard zonnen en toch maar een paar milliseconden duren, waren gewoon te snel om te vangen ... tot nu toe.
Als je vermoedde dat het om een zwart gat gaat, heb je minstens de helft gelijk. Korte gammaflitsen ontstaan door botsingen tussen een zwart gat en een neutronenster of tussen twee neutronensterren. In het eerste scenario slokt het zwarte gat de neutronenster naar beneden en wordt groter. In het tweede scenario creëren de twee neutronensterren een zwart gat.
Gammaflitsen, de krachtigste explosies die we kennen, werden voor het eerst ontdekt in de late jaren zestig. Ze zijn willekeurig, vluchtig en kunnen vanuit elk deel van de hemel voorkomen. Probeer de locatie van een cameraflitser ergens in een enorm sportstadion te vinden en je zult een idee krijgen van de uitdaging waarmee gammaflitsenjagers worden geconfronteerd. Het oplossen van dit mysterie vergde een ongekende coördinatie tussen wetenschappers met behulp van een groot aantal op de grond gebaseerde telescopen en NASA-satellieten.
Twee jaar geleden ontdekten wetenschappers dat langere explosies van meer dan twee seconden het gevolg zijn van de explosie van zeer zware sterren. Ongeveer 30 procent van de bursts is echter kort en duurt minder dan twee seconden.
Sinds mei zijn er vier korte gammaflitsen waargenomen. Twee hiervan staan in vier artikelen in het nummer van 6 oktober van Nature. Een uitbarsting van juli levert het 'rokende wapen' als bewijs voor de botsingstheorie. Een nieuwe uitbarsting gaat nog een stap verder door verleidelijk, eerste bewijs te leveren van een zwart gat dat een neutronenster eet - eerst de neutronenster uitrekken tot een halve maan, deze inslikken en dan de kruimels van de gebroken ster opslokken in de minuten en uren die gevolgd.
Deze ontdekkingen kunnen ook helpen bij het direct detecteren van zwaartekrachtsgolven, nooit eerder gezien. Dergelijke fusies veroorzaken zwaartekrachtsgolven of rimpelingen in de ruimtetijd. Korte gammaflitsen zouden wetenschappers kunnen vertellen wanneer en waar ze de rimpelingen moeten zoeken.
"Gammaflitsen zijn over het algemeen notoir moeilijk te bestuderen, maar de kortste waren bijna onmogelijk vast te pinnen", zegt Dr. Neil Gehrels van NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., Hoofdonderzoeker van NASA's Swift-satelliet en hoofdauteur van een van de Nature-rapporten. 'Dat is allemaal veranderd. We hebben nu de tools om deze gebeurtenissen te bestuderen. ”
De Swift-satelliet ontdekte een korte burst op 9 mei en NASA's High-Energy Transient Explorer (HETE) detecteerde een andere op 9 juli. Dit zijn de twee bursts in Nature. Swift en HETE gaven de burst-coördinaten snel en autonoom door aan wetenschappers en observatoria via mobiele telefoon, piepers en e-mail.
De gebeurtenis van 9 mei was de eerste keer dat wetenschappers een nagloeiing ontdekten voor een korte gammastraaluitbarsting, iets wat vaak wordt gezien na lange uitbarstingen. Die ontdekking was het onderwerp van een NASA-persbericht van 11 mei. De nieuwe resultaten die in Nature zijn gepubliceerd, vertegenwoordigen grondige analyses van deze twee burst-nagloeiingen, wat het geval voor de oorsprong van korte bursts bevestigt.
"We hadden het vermoeden dat korte gammastraaluitbarstingen afkomstig waren van een neutronenster die in een zwart gat of een andere neutronenster crashte, maar deze nieuwe detecties laten geen twijfel bestaan", zei Dr. Derek Fox van Penn State, hoofdauteur van een Nature-rapport waarin een waarneming met meerdere golflengten wordt beschreven.
Het team van Fox ontdekte de nagloeiing van röntgenfoto's van de burst van 9 juli met NASA's Chandra X-ray Observatory. Een team onder leiding van prof. Jens Hjorth van de Universiteit van Kopenhagen identificeerde vervolgens de optische nagloeiing met behulp van de Deense 1,5-meter telescoop op de La Silla-sterrenwacht in Chili. Het Fox-team vervolgde zijn onderzoek naar de nagloed met NASA's Hubble Space Telescope; de du Pont- en Swope-telescopen in Las Campanas, Chili, gefinancierd door het Carnegie-instituut; de Subaru-telescoop op Mauna Kea, Hawaï, bediend door de National Astronomical Observatory of Japan; en de Very Large Array, een stuk van 27 radiotelescopen bij Socorro, N.M., beheerd door de National Radio Astronomy Observatory.
De waarneming met meerdere golflengten van de burst van 9 juli, GRB 050709 genaamd, leverde alle puzzelstukjes op om het korte burst-mysterie op te lossen.
"Krachtige telescopen ontdekten geen supernova toen de gammastraaluitbarsting vervaagde, wat in tegenspraak was met de explosie van een massieve ster", zegt dr. George Ricker van MIT, HETE Principal Investigator en co-auteur van een ander Nature-artikel. "De uitbarsting van 9 juli was als de hond die niet blafte."
Ricker voegde eraan toe dat de uitbarsting van 9 juli en waarschijnlijk de uitbarsting van 9 mei zich in de buitenwijken van hun gaststelsels bevinden, waar naar verwachting oude samenvoegende binaries zullen zijn. Korte gammaflitsen worden niet verwacht in jonge, stervormende sterrenstelsels. Het duurt miljarden jaren voordat twee massieve sterren, gekoppeld in een binair systeem, eerst evolueren naar het zwarte gat of de fase van de neutronenster en vervolgens samensmelten. De overgang van een ster naar een zwart gat of een neutronenster brengt een explosie (supernova) met zich mee die het binaire systeem ver van zijn oorsprong en naar de rand van zijn gaststelsel kan schoppen.
Deze uitbarsting van 9 juli en een latere op 24 juli vertoonde unieke signalen die wijzen op niet zomaar een oude fusie, maar meer specifiek een fusie van een zwart gat - neutronenster. Wetenschappers zagen pieken van röntgenlicht na de eerste gammastraaluitbarsting. Het snelle gammastraalgedeelte is waarschijnlijk een signaal van het zwarte gat dat het grootste deel van de neutronenster inslikt. De röntgensignalen, in de minuten tot uren die erop volgden, kunnen kruimels zijn van neutronenster-materiaal dat in het zwarte gat valt, een beetje zoals een dessert.
En er is meer. Fusies creëren zwaartekrachtsgolven, rimpelingen in ruimtetijd voorspeld door Einstein maar nooit direct gedetecteerd. De uitbarsting van 9 juli was ongeveer twee miljard lichtjaar verwijderd. Een grote fusie dichter bij de aarde zou kunnen worden gedetecteerd door de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) van de National Science Foundation. Als Swift een korte burst in de buurt detecteert, kunnen LIGO-wetenschappers teruggaan en de gegevens controleren met een exacte tijd en locatie in gedachten.
"Dit is goed nieuws voor LIGO", zegt Dr. Albert Lazzarini, van LIGO Laboratory bij Caltech. “Het verband tussen korte bursts en fusies verhoogt de geraamde tarieven voor LIGO, en ze lijken aan de bovenkant van eerdere schattingen te staan. Waarnemingen leveren ook verleidelijke hints op van fusies van zwarte gaten en neutronensterren, die nog niet eerder zijn waargenomen. Tijdens de komende jarenlange observatie van LIGO kunnen we zwaartekrachtsgolven van een dergelijke gebeurtenis detecteren. "
Een fusie van een zwart gat en een neutronenster zou sterkere zwaartekrachtgolven genereren dan twee fuserende neutronensterren. De vraag is nu hoe vaak en hoe nauw deze fusies zijn. Swift, gelanceerd in november 2004, kan dat antwoord geven.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
