De levensloop van de sterren eindigt met de vorming van een zwart gat. Afbeelding tegoed: Nicolle Rager Fuller / NSF Klik om te vergroten
Slechts een paar honderd miljoen jaar na de oerknal putte een enorme ster zijn brandstof uit, stortte in als een zwart gat en explodeerde als een gammastraaluitbarsting. De straling van deze catastrofale gebeurtenis heeft de aarde nu pas bereikt en astronomen gebruiken deze om terug te kijken naar de vroegste momenten van het heelal. De burst, genaamd GRB 050904, werd waargenomen door NASA's Swift-satelliet op 4 september 2005. Een ongebruikelijk ding aan deze burst was dat het 500 seconden duurde - de meeste zijn in een fractie van die tijd voorbij.
Het kwam van de rand van het zichtbare universum, de verste explosie die ooit is waargenomen.
In het nummer van Nature van deze week bespreken wetenschappers van Penn State University en hun Amerikaanse en Europese collega's hoe deze explosie, gedetecteerd op 4 september 2005, het gevolg was van het instorten van een zware ster in een zwart gat.
De explosie, gammastraaluitbarsting genoemd, komt uit een tijdperk kort nadat sterren en sterrenstelsels voor het eerst waren ontstaan, ongeveer 500 miljoen tot 1 miljard jaar na de oerknal. Het universum is nu 13,7 miljard jaar oud, dus de uitbarsting van september dient als een sonde om de omstandigheden van het vroege universum te bestuderen.
"Dit was een enorme ster die snel leefde en jong stierf", zegt David Burrows, senior wetenschapper en professor in astronomie en astrofysica bij Penn State, co-auteur van een van de drie rapporten over deze explosie die deze week in Nature is gepubliceerd. "Deze ster was waarschijnlijk heel anders dan de soort die we tegenwoordig zien, het type dat alleen in het vroege heelal had kunnen bestaan."
De burst, genaamd GRB 050904 na de datum waarop hij werd opgemerkt, werd gedetecteerd door de Swift-satelliet van NASA, die wordt beheerd door Penn State. Swift zorgde voor de burst-coördinaten zodat andere satellieten en telescopen vanaf de grond de burst konden waarnemen. Bursts duren doorgaans slechts 10 seconden, maar de nagloei duurt een paar dagen.
GRB 050904 is 13 miljard lichtjaar van de aarde afkomstig, wat betekent dat het 13 miljard jaar geleden gebeurde, omdat het zo lang duurde voordat het licht ons bereikte. Wetenschappers hebben slechts een paar objecten gedetecteerd op meer dan 12 miljard lichtjaar afstand, dus de burst is uiterst belangrijk om het universum te begrijpen buiten het bereik van de grootste telescopen.
"Omdat de burst helderder was dan een miljard zonnen, konden veel telescopen hem zelfs vanaf zo'n grote afstand bestuderen", zegt Burrows, wiens analyse zich voornamelijk richt op Swift-gegevens van zijn drie telescopen, die een reeks gammastralen, röntgenstralen bestrijken en respectievelijk ultraviolette / optische golflengten. Burrows is de leidende wetenschapper voor de röntgentelescoop van Swift.
Het Swift-team vond een aantal unieke kenmerken in GRB 050904. De burst duurde ongeveer 500 seconden en het uiteinde van de burst vertoonde meerdere uitbarstingen. Deze kenmerken impliceren dat het nieuw gecreëerde zwarte gat zich niet onmiddellijk vormde, zoals sommige wetenschappers dachten, maar het was eerder een langere, chaotische gebeurtenis.
Dichtere gammastraaluitbarstingen hebben niet zoveel overstraling, wat impliceert dat de vroegste zwarte gaten zich mogelijk anders hebben gevormd dan die in de moderne tijd, zei Burrows. Het verschil zou kunnen zijn omdat de eerste sterren zwaarder waren dan moderne sterren. Of het kan het resultaat zijn van de omgeving van het vroege heelal toen de eerste sterren waterstof en helium (gemaakt in de oerknal) begonnen om te zetten in zwaardere elementen.
GRB 050904 toont in feite hints van nieuw geslagen zwaardere elementen, volgens gegevens van telescopen op de grond. Deze ontdekking is het onderwerp van een tweede Nature-artikel van een Japanse groep onder leiding van Nobuyuki Kawai aan het Tokyo Institute of Technology.
GRB 050904 vertoonde ook tijdsdilatatie, een resultaat van de enorme expansie van het universum gedurende de 13 miljard jaar dat het licht nodig was om ons op aarde te bereiken. Deze verwijding zorgt ervoor dat het licht veel roder lijkt dan wanneer het werd uitgezonden in de burst, en het verandert ook onze perceptie van tijd in vergelijking met de interne klok van de burst.
Deze factoren werkten in het voordeel van de wetenschappers. Het Penn State-team draaide de instrumenten van Swift ongeveer 2 minuten nadat het evenement was begonnen op de burst. De burst evolueerde echter alsof het in slow motion was en was slechts ongeveer 23 seconden in de burst. Dus wetenschappers konden de burst in een heel vroeg stadium zien.
Slechts een ander object - een quasar - is op grotere afstand ontdekt. Maar terwijl quasars superzware zwarte gaten zijn die de massa van miljarden sterren bevatten, komt deze uitbarsting van een enkele ster. De detectie van GRB 050904 bevestigt dat massieve sterren zich vermengden met de oudste quasars. Het bevestigt ook dat nog meer explosies van verre sterren - misschien van de eerste sterren, zeggen theoretici - kunnen worden bestudeerd door een combinatie van waarnemingen met Swift en andere telescopen van wereldklasse.
"We hebben Swift ontworpen om te zoeken naar zwakke uitbarstingen die uit de rand van het universum komen", zegt Neil Gehrels van NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, de hoofdonderzoeker van Swift. "Nu hebben we er een en het is fascinerend. Voor het eerst kunnen we vanaf het begin van de tijd meer leren over individuele sterren. Er zijn er zeker nog veel meer. '
Swift werd gelanceerd in november 2004 en was in januari 2005 volledig operationeel. Swift heeft drie hoofdinstrumenten: de Burst Alert Telescope, de X-ray Telescope en de Ultraviolet / Optical Telescope. De gammastraaldetector van Swift, de Burst Alert Telescope, biedt de snelle initiële locatie, werd voornamelijk gebouwd door het NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt en Los Alamos National Laboratory en werd gebouwd bij GSFC. De röntgentelescoop en UV / optische telescoop van Swift zijn ontwikkeld en gebouwd door internationale teams onder leiding van Penn State en leunden sterk op de ervaring van elke instelling met eerdere ruimtemissies. De röntgentelescoop is het resultaat van de samenwerking van Penn State met de University of Leicester in Engeland en het Brera Astronomical Observatory in Italië. De ultraviolette / optische telescoop is het resultaat van de samenwerking van Penn State met het Mullard Space Science Laboratory van het University College-London. Deze drie telescopen geven Swift de mogelijkheid om bijna onmiddellijk follow-upwaarnemingen te doen van de meeste gammaflitsen, omdat Swift zo snel kan draaien dat het naar de bron van het gammastralingssignaal wijst.
Oorspronkelijke bron: PSU-persbericht
