Afbeelding tegoed: ESO
Gammaflitsen zijn enkele van de grootste explosies in het heelal; men kan in een paar seconden meer energie opwekken dan de zon in 10 miljard jaar creëert. Er wordt aangenomen dat ze worden veroorzaakt wanneer een superzware ster instort, een hypernova genaamd. Astronomen van de European Southern Observatory volgden de nagloeiing van een recente burst met behulp van een techniek genaamd polarimetrie, waarmee ze de vorm van de explosie kunnen volgen. Als het een sferische explosie was, zou het licht een willekeurige polariteit hebben, maar ze ontdekten dat gas naar buiten stroomt in stralen die met de tijd groter worden.
"Gamma-ray bursts (GRB's)" behoren zeker tot de meest dramatische gebeurtenissen die in de astrofysica bekend zijn. Deze korte flitsen van energetische gammastralen, die eind jaren zestig voor het eerst werden gedetecteerd door militaire satellieten, duren minder dan een seconde tot enkele minuten.
GRB's blijken op extreem grote ("kosmologische") afstanden te liggen. De energie die binnen een paar seconden vrijkomt tijdens een dergelijke gebeurtenis is groter dan die van de zon gedurende haar hele levensduur van meer dan 10.000 miljoen jaar. De GRB's zijn inderdaad de krachtigste gebeurtenissen sinds de oerknal die in het heelal bekend is, vgl. ESO PR 08/99 en ESO PR 20/00.
In de afgelopen jaren is er indirect bewijsmateriaal opgekomen dat GRB's de ineenstorting van extreem zware sterren, de zogenaamde hypernova's, signaleren. Dit werd enkele maanden geleden eindelijk aangetoond toen astronomen met behulp van het FORS-instrument op ESO's Very Large Telescope (VLT) in ongekende details de veranderingen in het spectrum van de lichtbron ("de optische nagloeiing") van de gammastraaluitbarsting GRB documenteerden. 030329 (cf. ESO PR 16/03). Bij deze gelegenheid werd een overtuigend en direct verband gelegd tussen kosmologische gammaflitsen en explosies van zeer zware sterren.
Gamma-Ray Burst GRB 030329 werd op 29 maart 2003 ontdekt door NASA's High Energy Transient Explorer-ruimtevaartuig. Vervolgobservaties met de UVES-spectrograaf bij de 8,2 m VLT KUEYEN-telescoop bij de Paranal-sterrenwacht (Chili) toonden aan dat de burst een roodverschuiving van 0,1685 [1] had. Dit komt overeen met een afstand van ongeveer 2.650 miljoen lichtjaar, waardoor GRB 030329 de op één na dichtstbijzijnde GRB is die ooit is gedetecteerd. De nabijheid van GRB 030329 resulteerde in een zeer heldere nagloedemissie, waardoor de meest uitgebreide follow-upwaarnemingen van elke nagloed tot nu toe mogelijk waren.
Een team van astronomen [2] onder leiding van Jochen Greiner van het Max-Planck-Institut f? R extraterrestrische Physik (Duitsland) besloot van deze unieke gelegenheid gebruik te maken om de polarisatie-eigenschappen van de nagloeiing van GRB 030329, zoals ontwikkeld na de explosie.
Hypernovae, de bron van GRB's, zijn inderdaad zo ver weg dat ze alleen kunnen worden gezien als onopgeloste lichtpunten. Om hun ruimtelijke structuur te onderzoeken, moeten astronomen dus vertrouwen op een truc: polarimetrie (zie ESO PR 23/03).
Polarimetrie werkt als volgt: licht bestaat uit elektromagnetische golven die in bepaalde richtingen (vlakken) oscilleren. Reflectie of verstrooiing van licht bevordert bepaalde oriëntaties van de elektrische en magnetische velden boven andere. Dit is de reden waarom polariserende zonnebrillen de glinstering van zonlicht dat door een vijver weerkaatst kan filteren.
De straling in een gammastraaluitbarsting wordt opgewekt in een geordend magnetisch veld, als zogenaamde synchrotronstraling [3]. Als de hypernova sferisch symmetrisch is, zullen alle oriëntaties van de elektromagnetische golven gelijk aanwezig zijn en zullen ze gemiddeld worden, dus er zal geen netto polarisatie zijn. Als het gas echter niet symmetrisch wordt uitgestoten, maar in een straal, wordt een lichte netto polarisatie op het licht gedrukt. Deze netto polarisatie zal met de tijd veranderen omdat de openingshoek van de straal met de tijd breder wordt en we een andere fractie van de emissiekegel zien.
Door de polarisatie-eigenschappen van de nagloeiing van een gammastraaluitbarsting te bestuderen, kan zo kennis worden opgedaan over de onderliggende ruimtelijke structuren en de sterkte en oriëntatie van het magnetische veld in het gebied waar de straling wordt gegenereerd. “En als we dit gedurende een lange periode doen, naarmate de nagloed vervaagt en evolueert, beschikken we over een uniek diagnostisch hulpmiddel voor gammastraaluitbarstingen”, zegt Jochen Greiner.
Hoewel eerdere afzonderlijke metingen van de polarisatie van de optische nagloeiing van GRB bestaan, is er nooit een gedetailleerd onderzoek gedaan naar de evolutie van polarisatie met de tijd. Dit is inderdaad een zeer veeleisende taak, alleen mogelijk met een uiterst stabiel instrument op de grootste telescoop ... en een voldoende heldere optische nagloeiing.
Zodra GRB 030329 werd gedetecteerd, wendde het team van astronomen zich daarom tot het krachtige multi-mode FORS1-instrument op de VLT ANTU-telescoop. Ze verkregen 31 polarimetrische waarnemingen over een periode van 38 dagen, waardoor ze voor het eerst de veranderingen in de polarisatie van een optische gammastraaluitbarsting met de tijd konden meten. Deze unieke set observatiegegevens documenteert de fysieke veranderingen in het externe object in onovertroffen details.
Hun gegevens tonen de aanwezigheid van polarisatie aan op het niveau van 0,3 tot 2,5% gedurende de periode van 38 dagen, met aanzienlijke variabiliteit in sterkte en oriëntatie op tijdschalen tot uren. Dit specifieke gedrag is door geen van de grote theorieën voorspeld.
Helaas verhindert de zeer complexe lichtcurve van deze GRB-nagloei, op zichzelf niet begrepen, een eenvoudige toepassing van bestaande polarisatiemodellen. "Het blijkt dat het afleiden van de richting van de straal en de structuur van het magnetische veld niet zo eenvoudig is als we oorspronkelijk dachten", merkt Olaf Reimer, een ander lid van het team, op. "Maar de snelle veranderingen van de polarisatie-eigenschappen, zelfs tijdens gladde fasen van de nagloeiende lichtcurve, vormen een uitdaging voor de nagloeitheorie".
"Mogelijk", voegt Jochen Greiner toe, "het algehele lage polarisatieniveau geeft aan dat de sterkte van het magnetische veld in de parallelle en loodrechte richtingen niet meer dan 10% verschilt, wat suggereert dat een veld sterk gekoppeld is aan het bewegende materiaal. Dit verschilt van het grootschalige veld dat overblijft van de exploderende ster en waarvan wordt aangenomen dat het de hoge mate van polarisatie in de gammastraling veroorzaakt. ”
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
