In augustus 2019 observeerden astronomen een energierijke gammaflits en diens nagloed. De eigenschappen van de nagloed blijken nu niet te stroken met de huidige theoretische modellen van deze uitzonderlijke explosies.
Toen astronomen gammaflitsen in de jaren zestig en zeventig voor het eerst ontdekten, was onduidelijk hoe die ontstonden. Men wist alleen dat het uitbarstingen waren van gammastraling – een vorm van elektromagnetische straling, net als zichtbaar licht – die ‘ergens’ in het heelal ontstonden.
Pas na decennia ontdekten astronomen dat er twee soorten gammaflitsen zijn, korte en lange, die op twee verschillende manieren ontstaan. Nieuwe observaties lijken er nu op te wijzen dat het proces achter de lange flitsen anders verloopt dan gedacht.
Samen met een supernova
Korte gammaflitsen ontstaan als twee compacte sterren – zoals neutronensterren – samensmelten, vertelt Sylvia Zhu van het Duitse onderzoeksinstituut DESY. De lange flitsen komen van kernen van superzware sterren die aan het eind van hun leven ineenstorten tot een zwart gat. Dit ineenstorten gaat meestal gepaard met een supernova-explosie waarbij de ster haar buitenste lagen het heelal in blaast. De lange gammaflitsen zie je daarom vaak samen met een supernova.
Dit was ook het geval bij GRB190829A, de gammaflits die astronomen in augustus 2019 in uitzonderlijk detail waarnamen. ‘Dit was een lange gammaflits waarvan de nagloed bijna drie dagen duurde’, vertelt Zhu. ‘Een paar dagen na de flits zagen we de supernova. Daardoor weten we zeker dat we keken naar de dood van een superzware ster.’
Hoe ontstaat die flits van gammastraling? Geladen deeltjes zoals elektronen en protonen, die bij de explosie met bijna de lichtsnelheid de ruimte in worden geslingerd, produceren deze straling. Als deze deeltjes door de sterke magneetvelden van een zware ster versnellen en afgebuigen, zenden ze zogeheten synchrotronstraling uit. Dat kan bijvoorbeeld röntgen- of gammastraling zijn. Het is hetzelfde proces dat deeltjesversnellers genaamd synchrotrons gebruiken om bijvoorbeeld straling voor bepaalde medische behandelingen te produceren.
Gamma- én röntgenstraling
GRB190829A vond opvallend dichtbij plaats, op slechts 1 miljard lichtjaar afstand. Gemiddeld worden gammaflitsen op 20 miljard lichtjaar gezien. Hierdoor konden astronomen de eigenschappen van de straling heel nauwkeurig bekijken.
Zo zagen ze dat de gammastraling zich op dezelfde manier gedroeg als de minder energierijke röntgenstraling die ook aanwezig is in de nagloed. De twee soorten straling doofden bijvoorbeeld even snel uit. ‘Dat wijst erop dat de gamma- en röntgenstraling bij hetzelfde proces ontstaan’, zegt Zhu. Dat wordt in de huidige theorieën niet mogelijk geacht.
De nieuwe metingen zijn te verklaren als de synchrotronstraling op een andere plek ontstaat; ergens waar het magneetveld sterker genoeg is om beide soorten straling op te wekken. Om dit idee te testen, hopen astronomen in de toekomst gammaflitsen in nog meer detail te meten. ‘Het is nu alsof we alleen de eerste en de laatste hoofdstukken van een boek hebben gelezen’, zegt Zhu. ‘Op basis daarvan kun je erachter komen wat er waarschijnlijk is gebeurd. Maar je wilt eigenlijk ook een aantal hoofdstukken ertussen lezen.’
