Grootste explosies in het heelal worden gevoed door sterkste magneten
Artist’s impression van een gammaflits en een supernova die door een magnetar wordt aangedreven
Waarnemingen vanaf de ESO-sterrenwachten op La Silla en Paranal in Chili hebben voor het eerst het verband aangetoond tussen een zeer langdurige gammaflits en een ongewoon heldere supernova-explosie. De waarnemingen laten zien dat de supernova zijn energie niet ontleende aan radioactief verval, zoals verwacht, maar aan de geleidelijk zwakker wordende supersterke magnetische velden rond een exotisch object: een magnetar. De resultaten zullen op 9 juli 2015 in het tijdschrift Nature verschijnen.
Gammaflitsen zijn een gevolg van de grootste explosies sinds de oerknal. Ze worden gedetecteerd door telescopen die gevoelig zijn voor gammastraling. Deze telescopen draaien in een banen om de aarde, omdat deze hoogenergetische straling wordt tegengehouden door de aardatmosfeer. Vervolgwaarnemingen op langere golflengten worden gedaan met andere telescopen – zowel in de ruimte als op de grond.
Gammaflitsen duren doorgaans slechts een paar seconden, maar in zeer zeldzame gevallen houden ze urenlang aan1. Een van die lange gammaflitsen werd op 9 december 2011 opgemerkt door de Swift-satelliet en kreeg de aanduiding GRB 111209A. Het was niet alleen een van de langste gammaflitsen die ooit zijn waargenomen, maar ook een van de helderste.
Stersporen boven de telescopen van de VLT op Paranal.
Het nagloeien van deze gammaflits is waargenomen met het GROND-instrument van de 2,2-meter ESO/MPG-telescoopop La Silla en het X-shooter-instrument van de Very Large Telescope (VLT) op Paranal. Daarbij werd de duidelijke signatuur gedetecteerd van een supernova, die de aanduiding SN 2011kl kreeg. Het is voor het eerst dat er een supernova is ontdekt die verband houdt met een ultra-lange gammaflits2.
De hoofdauteur van het nieuwe onderzoeksartikel, Jochen Greiner van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physikin Garching, Duitsland, legt uit: ‘Omdat maar één op de 10.000 tot 100.000 supernova’s een langdurige gammaflits produceert, moet de ster die ontplofte in enig opzicht bijzonder zijn. Astronomen gingen ervan uit dat deze gammaflitsen afkomstig waren van zeer zware sterren van ongeveer vijftig zonsmassa’s, en dat zij typerend waren voor het ontstaan van een zwart gat. Maar onze nieuwe waarnemingen van de supernova SN 2011kl, die na GRB 111209A is ontdekt, ondermijnen dit model voor ultra-lange gammaflitsen.’
Het gangbare scenario voor de ineenstorting van een zware ster (ook wel collapsar genoemd), stelt dat de energie voor het wekenlang nagloeien op zichtbare en infrarode golflengten wordt geleverd door het verval van het radioactieve nikkel-56 dat bij de supernova-explosie is vrijgekomen3. Maar de gecombineerde GROND- en VLT-waarnemingen hebben voor het eerst ondubbelzinnig aangetoond dat dit bij GRB 111209A niet het geval kan zijn4. Ook andere mogelijkheden konden worden uitgesloten5.
De enige verklaring die past bij de supernova die op GRB 111209A volgde, is dat deze werd aangedreven door een magnetar, een kleine neutronenster die honderden keren per seconde om zijn as tolt en een veel sterker magnetisch veld heeft dan normale neutronensterren (ook wel pulsars genoemd6). Magnetars zijn voor zover bekend de sterkst gemagnetiseerde objecten in het heelal. Het is voor het eerst dat er zo’n duidelijk verband kon worden gelegd tussen een supernova en een magnetar.
Mede-auteur Paolo Mazzali gaat in op het belang van de nieuwe bevindingen: ‘De nieuwe resultaten vormen het betrouwbare bewijs voor een onvoorzien verband tussen gammaflitsen, zeer heldere supernova’s en magnetars. Met sommige van deze relaties werd op theoretische gronden al enkele jaren rekening gehouden, maar dat ze allemaal verband met elkaar houden is een spannende nieuwe ontwikkeling.’
‘Het geval SN 2011kl/GRB 111209A dwingt ons om een alternatief te bedenken voor het collapsar-scenario. Deze ontdekking brengt ons veel dichter bij een nieuw en duidelijker beeld van de werking van gammaflitsen,’ besluit Jochen Greiner.
Normale lange gammaflitsen duren 2 tot 2000 seconden. Er zijn tot nu toe vier gammaflitsen bekend die 10.000 tot 25.000 seconden aanhielden. Deze laatste worden ultra-lange gammaflitsen genoemd. Er bestaat ook een afzonderlijke klasse van kortere gammaflitsen, die waarschijnlijk op geheel andere wijze ontstaan. [↩]
Het verband tussen supernova’s en (normale) lange gammaflitsen werd voor het eerst in 1998 gelegd, voornamelijk dankzij waarnemingen op ESO-sterrenwachten van de supernova SN 1998bw. De definitieve bevestiging kwam in 2003 met GRB 030329. [↩]
Vermoed wordt dat de gammaflits zelf wordt aangedreven door de relativistische jets die ontstaan wanneer stermaterie via een hete, dichte accretieschijf op het centrale compacte object neerstort. [↩]
De hoeveelheid nikkel-56 die het GROND-instrument in de supernova heeft gemeten, is veel te groot om verenigbaar te zijn met de sterke ultraviolette straling die met het X-shooter-instrument is waargenomen. [↩]
Een van de energiebronnen die voor de verklaring van superheldere supernova’s is aangedragen, is de schokinteractie met materie in de omgeving die vóór de explosie door de ster is uitgestoten. Een andere mogelijkheid is dat de voorloper van de supernova een blauw superreus was – een zeer zware, hete ster. In het geval van SN 2011kl sluiten de waarnemingen deze beide mogelijkheden uit. [↩]
Pulsars vormen de meest voorkomende klasse van waarneembare neutronensterren. De magnetische velden van magnetars zijn honderd tot duizend keer zo sterk als die van pulsars. [↩]
Astroblogs: https://www.astroblogs.nl/2015/07/08/grootste-explosies-het-heelal-worden-gevoed-door-sterkste-magneten/
