Astronomen hebben met behulp van zeer gedetailleerde radio-opnamen ontdekt waar - en mogelijk ook hoe - gammastraling wordt geproduceerd in nova's, een vrij vaak voorkomend type sterexplosie. Lange tijd werd gedacht dat nova's niet heftig genoeg waren voor de productie van gammastraling, de meest energierijke straling in het heelal. Met een aantal radiotelescopen, waaronder het Europese VLBI Netwerk, bestudeerden de astronomen de radiogolven van nova V959 Mon en ontdekten zij dat deze hoogstwaarschijnlijk dezelfde oorsprong hebben als de gammastraling die de Fermi-telescoop daar in 2012 waarnam. Het resultaat is online gepubliceerd in Nature.
Een nova ontstaat wanneer aan het oppervlak van een compacte witte dwerg, die materiaal aantrekt van zijn begeleidende 'normale' ster, een thermonucleaire explosie ontstaat, met een kortstondige, energierijke uitbarsting tot gevolg. Hoewel astronomen niet verwachtten dat hierbij ook hoogenergetische gammastraling zou kunnen worden geproduceerd, heeft Fermi dit de afgelopen twee jaar vier keer waargenomen. "We hebben met ons onderzoek nu niet alleen ontdekt waar de gammastraling vandaan komt, maar mogelijk ook welk mechanisme erachter zit", zegt eerste auteur Laura Chomiuk van Michigan State University, VS.
Waarnemingen met de Amerikaanse Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) lieten zien dat radiostraling van de nova afkomstig is van subatomaire deeltjes, die zich voortbewegen met bijna de lichtsnelheid. De hoogenergetische gammastraling wordt eveneens geproduceerd door deze snelle deeltjes. Latere waarnemingen met de extreem scherpe blik van het Europese VLBI Netwerk (EVN) en de Very Long Baseline Array (VLBA) onthulden twee 'pieken' van radiostraling, die van elkaar vandaan bewegen. Deze waarnemingen, gecombineerd met onderzoek van e-MERLIN in het Verenigd Koninkrijk en een volgende ronde VLA-waarnemingen eerder dit jaar, leverden de gegevens om een afbeelding te maken die laat zien hoe de radiopieken en de gammastraling worden geproduceerd.
In het eerste stadium van dit scenario wordt een deel van de baanenergie van de witte dwerg en zijn begeleider gebruikt voor het versterken van de explosie, waardoor het uitgestoten materiaal sneller naar buiten beweegt in het baanvlak van de dubbelster. Vervolgens blaast de witte dwerg een nog snellere wind van geleden deeltjes weg langs de polen van het baanvlak. Wanneer de snellere schokgolf op de tragere stuit, worden de deeltjes versneld tot snelheden die nodig zijn om de gammastraling en de pieken van radiostraling te produceren.
"Door het systeem over de tijd te volgen konden we de veranderingen in het patroon van de radiostraling zien en ook de beweging van de radiopieken. We zagen exact wat we op grond van het scenario verwachtten", aldus Chomiuk.
De techniek van de radio-interferometrie, waarbij gegevens van verscheidene radiotelescopen worden gecombineerd in één scherpe opname, speelde een cruciale rol in dit onderzoek. In de VLBI (Very Long Baseline Interferometry) kunnen de onderdelen van de interferometer tot vele duizenden kilometers uit elkaar staan. "Door telescopen te gebruiken met een variërend oplossend vermogen, konden we met succes de gebieden lokaliseren waar de deeltjes tot relativistische snelheden worden versneld binnen de grote wolk van heet gas die tijdens de explosie is uitgestoten. "De scherpste EVN- en VLBA-waarnemingen laten de expansie van het uitgestoten materiaal zien", zegt coauteur Zsolt Paragi van het Joint Institute for VLBI in Europe (JIVE) in Dwingeloo. "Het type uitstoot dat we zien in V959 Mon komt ook in andere nauwe dubbelstersystemen voor. De fase van de 'gezamenlijke gasschil' komt in alle nauwe dubbelsterren voor, maar is nog nauwelijks begrepen. Ons resultaat kan astronomen een beter inzicht verschaffen in de wijze waarop dit soort systemen zich ontwikkelt."
Ook Jun Yang (voorheen JIVE) en Valério A. R. M. Ribeiro (onlangs verhuisd naar de Radboud Universiteit Nijmegen), maken deel uit van het onderzoeksteam.
JIVE
Scherpe radiobeelden ontrafelen mysterie van gammastraling in sterexplosies
