Dankzij de Swift-satelliet en verschillende optische telescopen op de grond leren astronomen meer over zogenaamde "donkere" gammaflitsen, die helder zijn in gamma- en röntgenstraling, maar met weinig of geen zichtbaar licht. Deze donkere uitbarstingen geven astronomen ook inzicht in het vinden van stervormingsgebieden die verborgen zijn door stof. "Onze studie levert overtuigend bewijs dat een groot deel van de stervorming in het universum verborgen is door stof in sterrenstelsels die anders niet stoffig lijken", zegt Joshua Bloom, universitair hoofddocent astronomie aan UC Berkeley en hoofdauteur van de studie, die presenteerde zijn bevindingen op de bijeenkomst van de American Astronomical Society in Californië.
Gamma-stralenuitbarstingen zijn de grootste explosies van het universum en kunnen zoveel licht produceren dat telescopen op de aarde het gemakkelijk miljarden lichtjaren verder kunnen detecteren. Toch hebben astronomen al meer dan een decennium in verwarring gebracht over de aard van zogenaamde donkere uitbarstingen, die gammastraling en röntgenstralen produceren, maar weinig of geen zichtbaar licht. Ze vormen ongeveer de helft van de bursts die sinds de lancering in 2004 door de Swift-satelliet van NASA zijn gedetecteerd.
Uit de studie blijkt dat de meeste voorkomen in normale sterrenstelsels die detecteerbaar zijn door grote, op de grond gebaseerde optische telescopen.
"Een mogelijke verklaring voor donkere uitbarstingen was dat ze zo ver weg plaatsvonden dat hun zichtbare licht volledig was gedoofd", zei Bloom. Dankzij de uitdijing van het heelal en een verdikkende mist van waterstofgas op toenemende kosmische afstanden, zien astronomen geen zichtbaar licht van objecten op meer dan ongeveer 12,9 miljard lichtjaar afstand. Een andere mogelijkheid: donkere bursts explodeerden in sterrenstelsels met ongewoon grote hoeveelheden interstellair stof, dat het licht van een burst absorbeerde, maar niet de straling met hogere energie.
Met behulp van een van 's werelds grootste optische telescopen, de 10 meter lange Keck I op Hawaï, zocht het team naar onbekende sterrenstelsels op de locaties van 14 door Swift ontdekte donkere uitbarstingen. "Voor elf van deze uitbarstingen vonden we een zwak, normaal sterrenstelsel", zegt Daniel Perley, de afgestudeerde student van UC Berkeley die de studie leidde. Als deze sterrenstelsels zich op extreme afstanden bevonden, kon zelfs de Keck-telescoop ze niet zien.
De meeste gammaflitsen treden op wanneer massieve sterren zonder nucleaire brandstof komen te zitten. Terwijl hun kernen instorten in een zwart gat of neutronenster, stoten gasstralen - aangedreven door niet volledig begrepen processen - door de ster en schieten de ruimte in. Daar slaan ze gas op dat eerder door de ster is uitgestoten en verwarmen het, wat een kortstondige nagloeiing genereert in vele golflengten, inclusief zichtbaar licht.
De studie toont aan dat donkere uitbarstingen vergelijkbaar moeten zijn, behalve de stoffige plekken in hun gaststelsels die het meeste licht in hun nagloed verduisteren.
De astronomen onderzochten 14 bursts waarvan het optische licht ofwel veel zwakker was dan verwacht of volledig afwezig was. Ze ontdekten dat bijna elke 'donkere' gammastraaluitbarsting een gaststelsel heeft dat kan worden gedetecteerd door grote optische telescopen.
Stervorming vindt plaats in dichte wolken die snel met stof vullen naarmate de meest massieve sterren snel verouderen en exploderen, waarbij nieuw gecreëerde elementen in het interstellaire medium worden gespuwd om nieuwe stervorming te zaaien. Daarom veronderstellen astronomen dat er een grote hoeveelheid stervorming plaatsvindt in met stof gevulde sterrenstelsels, hoewel het feitelijk meten van hoeveel stof dit proces heeft opgebouwd in de verste sterrenstelsels, buitengewoon uitdagend is gebleken.
De sterren zouden exploderen terwijl gammaflitsen snel leven en jong sterven. Donkere uitbarstingen kunnen sterren voorstellen die nooit ver van de stoffige wolken zijn afgedreven.
Gamma-stralenuitbarstingen zijn gedetecteerd in infraroodgolflengten tot 13,1 miljard lichtjaar. "Als er 13 miljard jaar geleden gammastraaluitbarstingen waren - minder dan een miljard jaar nadat het universum was gevormd - zouden we er grote aantallen moeten detecteren", legt teamlid S. Bradley Cenko, ook bij UC Berkeley, uit. "Dat doen we niet, wat aangeeft dat de eerste sterren zich in een minder hectisch tempo vormden dan sommige modellen suggereerden."
De astronomen concluderen dat minder dan ongeveer 7 procent van de donkere uitbarstingen op dergelijke afstanden kan plaatsvinden, en ze stellen radio- en microgolfobservaties voor van de nieuwe sterrenstelsels om beter te begrijpen hoe hun stoffige gebieden licht blokkeren. Een paper over de bevindingen is ingediend bij The Astronomical Journal.
Bron: NASA, UC Berkeley, AAS
