Een gammaflits, of gamma-ray burst (GRB), is een heftige uitbarsting van hoogenergetische gammastraling die hooguit enkele minuten duurt. Gammaflitsen korter dan twee seconden ontstaan waarschijnlijk als twee neutronensterren of een neutronenster en een zwart gat samensmelten tot een zwart gat. Lange gammaflitsen komen mogelijk door de ineenstorting van een zware ster tot een zwart gat. Uit het ontstane zwarte gat spuit een jet omhoog en omlaag. Als zo'n jet toevallig precies in de richting van de aarde is gericht, kunnen ruimtetelescopen die opvangen.
The BOAT
De eerste, en tot nu toe enige, emissielijn bij een gammaflits werd ontdekt in GRB 221009A. Dat is een zeven minuten durende gammaflits die op 9 oktober 2022 onder andere werd waargenomen door de Fermi-ruimtetelescoop. De flits is de helderste ooit en kreeg als bijnaam 'the BOAT' (Brightest Of All Time).
Een paar minuten na de uitbarsting zagen astronomen een ongebruikelijke energiepiek van maar liefst 12 megaelektronvolt. "Ik kreeg kippenvel toen ik de emissielijn voor het eerst zag," zegt leider van het onderzoek Maria Edvige Ravasio. Zij werkt als postdoc op de Radboud Universiteit in Nijmegen en is verbonden aan het Brera-observatorium van INAF, het Italiaanse instituut voor astrofysica.
Tekst gaat verder na video.
Animatie van een gammaflits. (c) NASA's Goddard Space Flight Center [YouTube | diverse resoluties]
Geen statistische schommeling
Een emissielijn kan ontstaan als materie een interactie aangaat met licht. De energie wordt dan op een specifieke manier uitgezonden. Sterrenkundigen kunnen met emissielijnen bijvoorbeeld zien welke chemische elementen in de oorspronkelijke materie aanwezig waren of dat er vernietiging van materie en antimaterie plaatsvond.
Er waren bij andere GRB's al wel eerder hints voor emissielijnen gezien, maar dat konden statistische schommelingen zijn. "Bij BOAT is dat anders," zegt coauteur Om Sharan Salafia van het Brera-observatorium. "We hebben uitgerekend dat de kans op een statistische schommeling hier minder is dan één op een half miljard."
Positronannihilatie
De onderzoekers komen met drie mogelijke verklaringen voor de emissielijn. "Het meest aannemelijk is dat paren van elektronen en positronen elkaar vernietigen in de jet. Dan produceren ze 0,511 megaelektronvolt aan energie," legt coauteur Gor Oganesyan van het Gran Sasso Science Institute in Italië uit. "Als de energie van die vernietigde deeltjes vervolgens naar ons toe beweegt met 99,9 procent van de lichtsnelheid, dan zien wij het als een piek van 12 megaelektronvolt."
Nader onderzoek en meer ontdekkingen van emissielijnen zullen moeten uitwijzen wat er precies gebeurd is.
Wetenschappelijk artikel
A mega-electron volt emission line in the spectrum of a gamma-ray burst. Door: Maria Edvige Ravasio, Om Sharan Salafia, Gor Oganesyan, Alessio Mei, Giancarlo Ghirlanda, Stefano Ascenzi, Biswajit Banerjee, Samanta Macera, Marica Branchesi, Peter G. Jonker, Andrew J. Levan, Daniele B. Malesani, Katharine B. Mulrey, Andrea Giuliani, Annalisa Celotti, & Gabriele Ghisellini. In: Science, 26 juli 2024. [origineel | preprint (pdf)]
De infraroodcamera van ruimtetelescoop Hubble zag het nagloeien van de gammaflits (paarse cirkel). (c) NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud Universiteit); Image Processing: Gladys Kober. [hoge resolutie]