Al enige jaren vermoedt men dat gammaflitsen, de meest energierijke explosies in het heelal, ontstaan als zware sterren ineenstorten tot een zwart gat. De buitenste lagen van de ster wordt daarbij met een enorme snelheid de ruimte in geslingerd, wat in principe zichtbaar is als een supernova-explosie. Maar omdat gammaflitsen op vele miljarden lichtjaren afstand optreden, was het pas één keer gelukt om op dezelfde plaats aan de hemel waar een gammaflits optrad, ook een supernova te detecteren. Bovendien betrof dit een a-typische, veel zwakkere gammaflits op een afstand van 'slechts' 100 miljoen lichtjaar. Maar nu is een kanjer van een gammaflits op heterdaad betrapt die zowel in tijd als plaats aan de hemel samenvalt met een buitengewoon krachtige supernova op 2,5 miljard lichtjaar.
In Nature van 17 juni beschrijft een door Amsterdam geleide groep Europese astronomen deze smoking gun , die de laatste twijfels over het zogeheten collapsar-model voor het ontstaan van gammaflitsen lijkt weg te nemen. UvA-astronoom Ralph Wijers: 'Het belangrijkste is dat we nu voor het eerst ook de energie van de supernova konden berekenen, en daarmee aantoonden dat die meer dan een factor tien groter is dan normaal. Dat betekent dat een andere, nog onbekende 'machine' binnenin de supernova voor die enorme energie-productie zorgt.'
De 25 seconden durende uitbarsting van gamma-straling werd op 29 maart 2003 gedetecteerd (en geregistreerd als GRB 030329) door de NASA gamma-satelliet HETE-II, en het optische 'nagloeien' was binnen anderhalf uur ook met aardse telescopen opgespoord. De bijbehorende supernova zou naar verwachting pas na enkele dagen opduiken uit het zwakker wordende optische nagloeien van GRB 030329. Vanaf 3 april is dit met de ESO Very Large Telescope in Chili bijna dagelijks onderzocht, en inderdaad waren vanaf 10 april de kenmerken van een supernova onmiskenbaar aanwezig.
Uit de optische 'vingerafdruk' (het spectrum) van een verre supernova is direct de afstand te bepalen; deze bleek ongeveer 2,5 miljard lichtjaar te zijn. Ondanks deze respectabele afstand, betekent dit toch dat GRB 030329 de op één na dichtstbijzijnde bekende gammaflits is. Het spectrum van de supernova bleek voorts vrijwel perfect overeen te komen met het spectrum van de enige supernova die eerder, in april 1998, met een gammaflits geassocieerd is. Het waren ook toen Amsterdamse astronomen die de link tussen beide vaststelden. GRB 980425 bleek echter een buitenbeentje: de supernova stond relatief dichtbij, op zo'n 100 miljoen lichtjaar, zodat de berekende totale gamma-energie veel lager uitviel dan bij een 'gewone' gammaflits. Critici betwijfelden dan ook of dit wel een echte gammaflits was. Supernova's zenden doorgaans geen gamma-straling uit. Voor het opwekken van een gamma-flits is een speciaal type supernova nodig, ook wel hypernova genaamd. Een indicatie voor de kracht van een hypernova is de snelheid waarmee de buitenste lagen van de ster uitgestoten worden, een waarde die eveneens uit het spectrum af te leiden is. De onderzoekers kwamen uit op 36.000 kilometer per seconde (ruim 10 procent van de lichtsnelheid), meer dan in enige eerder waargenomen supernova. De energie-productie, zowel optisch als in gamma-straling, is bijna onvoorstelbaar. De explosie van de atoombom op Hiroshima zette ongeveer 3 gram massa om in pure energie. Een hypernova zet minstens een paar honderd maal de totale massa van de aarde om in licht, radio- röntgen- en gamma-straling.
Hoe de 'machine' in het binnenste van de ster dit voor elkaar krijgt is overigens nog niet tot in detail bekend en onderwerp van intensief theoretisch onderzoek. Een supernova ontstaat als een zware ster (meer dan 8 maal zo zwaar als de zon) alle nucleaire brandstof in z'n kern heeft opgebruikt. De ster stort dan onder z'n eigen gewicht ineen. In een 'gewone' supernova wordt de ineenstorting al snel gestuit als de kern niet zwaarder is dan ongeveer 2 zonsmassa's. In de - extreem samengeperste - kern vormt zich namelijk een neutronenster, waar alle later invallende materie uit de buitenlagen op terugstuit. Deze 'core bounce' zorgt ervoor dat de ster uiteenspat.
Men denkt dat een gammaflits alleen optreedt als de kern zwaarder is dan 2 zonsmassa's. In dit 'collapsar'- scenario zal zelfs een neutronenster onder z'n eigen gewicht nog verder ineen storten tot een zwart gat. Omdat het zwarte gat materiaal blijft opslokken, treedt geen 'core bounce' op. Toch verdwijnt niet de hele ster in het zwarte gat, omdat dit snel roteert. Rond de evenaar zal materie door de middelpuntvliedende kracht om het centrum blijven draaien, terwijl alleen boven de polen de ster 'leegloopt' in het zwarte gat. Op een nog niet goed begrepen manier wordt een deel van de invallende materie door het zwarte gat met bijna de lichtsnelheid weer naar buiten gezwiept via de 'gaten' boven de polen. Deze extreem snel bewegende materie genereert dan op grotere afstand van de ster twee bundels gammastraling.
Dit onderzoek is uitgevoerd door de Gamma Ray Burst Collaboration (GRACE) op de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili. GRACE bestaat uit astronomen uit Nederland, Denemarken, een aantal andere Europese landen en de V.S.
Uitgebreid ESO-persbericht met illustraties
Contact:
Ralph Wijers
Rwijers@science.uva.nl