In a first for radio astronomy, scientists have detected millimeter-wavelength light from a short-duration gamma-ray burst. This artist's conception shows the merger between a neutron star and another star (seen as a disk, lower left) which caused an explosion resulting in the short-duration gamma-ray burst, GRB 211106A.

Explosieve neutronensterfusie voor het eerst vastgelegd met millimeterlicht

Wetenschappers hebben met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – een internationaal observatorium dat in gezamenlijk beheer is van het National Radio Astronomy Observatory ( NRAO) van de Amerikaanse National Science Foundation – voor het eerst millimetergolflengtelicht van een vurige explosie vast weten te leggen die werd veroorzaakt door de fusie van een neutronenster met een andere ster. Het team bevestigde ook dat deze lichtflits een van de meest energieke kortstondige gammaflitsen ooit waargenomen is, met de meest lichtgevende nagloed ooit. De resultaten van het onderzoek zullen binnenkort worden gepubliceerd in een uitgave van The Astrophysical Journal Letters.

Gammaflitsen (GRB's) zijn de helderste en meest energieke explosies in het universum. Ze zijn in staat om binnen enkele seconden meer energie uit te stralen dan onze zon gedurende zijn hele leven zal doen. GRB 211106A behoort tot een GRB-subklasse die bekend staat als kortstondige gammaflitsen. Deze explosies – waarvan wetenschappers geloven dat ze verantwoordelijk zijn voor de creatie van de zwaarste elementen in het universum, zoals platina en goud – zijn het gevolg van de catastrofale fusie van binaire sterrenstelsels met een neutronenster. “Deze fusies komen voor door de straling van de zwaartekracht die energie uit de baan van de binaire sterren verwijdert, waardoor de sterren in een spiraal naar elkaar toe bewegen,” aldus Tanmoy Laskar, een Excellence Fellow is aan de Radboud Universiteit. “De resulterende explosie gaat gepaard met stralen die bijna met lichtsnelheid bewegen. Wanneer een van deze stralen richting de aarde wordt gericht zien we een korte puls van gammastraling of een kortstondige GRB.”

Nagloed

Met ongeveer 20 miljard lichtjaren verwijderd van de aarde vormt GRB 211106A geen uitzondering. Het licht van deze kortstondige gammaflits was zo zwak dat terwijl in vroege röntgenobservaties met het Neil Gehrels Swift Observatory van de NASA de explosie was waargenomen, het oorspronkelijke zonnestelsel op die golflengte niet detecteerbaar was. Wetenschappers konden daardoor niet precies bepalen waar de explosie vandaan kwam. “Het nagloedlicht is essentieel om uit te vinden uit welk sterrenstelsel een uitbarsting komt en om meer te weten te komen over de uitbarsting zelf. Aanvankelijk, toen alleen de röntgenwaarneming was ontdekt, dachten astronomen dat deze uitbarsting uit een nabijgelegen sterrenstelsen zou kunnen komen,” aldus Laskar, er aan toevoegend dat een aanzienlijke hoeveelheid stof in het gebied ook voorkwam dat het object kon worden waargenomen tijdens optische observaties met de Hubble-ruimtetelescoop. 


Elke golflengte voegde een nieuwe dimensie toe aan de kennis over de GRB, en met name de millimetergolflengte was cruciaal om de waarheid over de uitbarsting te achterhalen. “De Hubble-observaties onthulden een onveranderlijk gebied van sterrenstelsels. Dankzij ALMA's ongeëvenaarde gevoeligheid waren we in staat om de locatie van de GRB in dat veld nauwkeuriger te bepalen. Het bleek in een ander zwak waargenomen, verderweggelegen sterrenstelsel te liggen. Dat houdt dus in dat deze kortstondige gammaflits nog krachtiger is dan we eerst dachten. Het is een van de meest lichtgevende en energieke flitsen ooit,” aldus Laskar.

Krachtige, kortstondige gammaflits

Elke golflengte voegde een nieuwe dimensie toe aan de kennis over de GRB, en met name de millimetergolflengte was cruciaal om de waarheid over de uitbarsting te achterhalen. “De Hubble-observaties onthulden een onveranderlijk gebied van sterrenstelsels. Dankzij ALMA's ongeëvenaarde gevoeligheid waren we in staat om de locatie van de GRB in dat veld nauwkeuriger te bepalen. Het bleek in een ander zwak waargenomen, verderweggelegen sterrenstelsel te liggen. Dat houdt dus in dat deze kortstondige gammaflits nog krachtiger is dan we eerst dachten. Het is een van de meest lichtgevende en energieke flitsen ooit,” aldus Laskar.

Wen-fai Fong, een universitair docent Natuur- en Sterrenkunde aan de Northwestern University voegde hieraan toe: “Deze korte gammaflits was de eerste keer dat we een dergelijke gebeurtenis met ALMA probeerden te observeren. De nagloed van kortstondige gammaflitsen is zeldzaam, dus het was spectaculair om deze gebeurtenis zo helder te kunnen zien. Na vele jaren observeren van deze flitsen maakt deze verrassende ontdekking de weg vrij naar een nieuw studiegebied. We worden hierdoor gemotiveerd om in de toekomst nog veel meer daarvan met ALMA en andere telescopen te observeren.” 

Joe Pesce, Program Officer van de National Science Foundation voor NRAO/ALMA zei: “Deze observaties zijn op veel niveaus geweldig. Ze bieden meer informatie om ons te helpen de raadselachtige gammaflitsen (en neutronen-sterrenastrofysica in het algemeen) te begrijpen, en ze laten zien hoe belangrijk en aanvullend observaties met ruimte- en grondtelescopen zijn bij het begrijpen van astrofysische fenomenen.”

Extra verrassingen om bloot te leggen

Er is nog veel werk te doen binnen meerdere golflengtes, zowel met nieuwe GRB's als met GRB 211106A, die extra verrassingen over deze flitsen zouden kunnen blootleggen. “De studie van kortstondige GRB's vereist een snelle coördinatie van telescopen wereldwijd en in de ruimte, die op alle golflengtes werken,” aldus Edo Berger, Hoogleraar Sterrenkunde aan de Universiteit van Harvard. “In het geval van GRB 211106A gebruikten we een aantal van de krachtigste telescopen die beschikbaar waren: ALMA, de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) van de National Science Foundation, het Chandra-röntgenobservatorium van NASA, en de Hubble-ruimtetelescoop. Met de James Webb Space Telescope (JWST) die inmiddels in werking is genomen, en de toekomstige 20-40 meter optische en radiotelescopen zoals de volgende generatie VLA (ngVLA), zullen we een compleet beeld kunnen produceren van deze cataclysmische gebeurtenissen en ze op voorheen ongekende afstanden bestuderen.”

Laskar voegde eraan toe: "Met JWST kunnen we nu een spectrum van het oorspronkelijke stelsel bepalen en de afstand gemakkelijk herleiden. In de toekomst kunnen we JWST gebruiken om de infrarode nagloed vast te leggen en de chemische samenstelling ervan te bestuderen. Met ngVLA kunnen we de geometrische structuur van de nagloed en de stervormende brandstof die in hun gastomgeving wordt aangetroffen in ongekende details bestuderen. Ik ben enthousiast over deze aankomende ontdekkingen in ons werkveld.”

Bijschrift afbeelding (boven): IIn een primeur voor radioastronomie hebben wetenschappers millimetergolflengtelicht van een kortstondige gammaflits gedetecteerd. Deze artistieke weergave toont de fusie tussen een neutronenster en een andere ster (gezien als een schijf, linksonder), die een explosie veroorzaakte die resulteerde in de kortstondige gammaflits GRB 211106A (de witte straal in het midden). Het achterblijfsel van deze fusie is een van de meest lichtgevende waarnemingen van een nagloed ooit (de semi-ovale schokgolf midden-rechts). Terwijl het stof in het sterrenstelsel van oorsprong het grootste deel van het zichtbare licht (weergegeven als kleuren) verduisterde, kon het millimeterlicht van de gebeurtenis (weergegeven in groen) vrijkomen en wist het de Atacama Large millimeter/submillimeter Array (ALMA) te bereiken, waardoor wetenschappers een ongekend beeld van deze kosmische explosie te zien kregen. Uit het onderzoek heeft het team bevestigd dat GRB 211106A een van de meest energieke kortstondige GRB's is die ooit is waargenomen. 

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Weiss (NRAO/AUI/NSF)

Contactinformatie

Meer weten? Neem contact op met de onderzoeker zelf of met Persvoorlichting & Wetenschapscommunicatie via 024 361 6000 of media [at] ru.nlrel="noreferrer noopener" target="_blank"

Thema
Universum

Aan deze website wordt nog gewerkt. Meer informatie: 'een nieuwe website'.