Afbeelding tegoed: ESO
Op 29 maart 2003 ontdekte NASA's High Energy Transient Explorer een heldere uitbarsting van gammastraling en kort daarna richtten telescopen van over de hele wereld zich op het object; nu GRB 030329 genoemd en gemeten op 2,6 miljard lichtjaar afstand. Door de nagloeiing van de explosie te meten, realiseerden astronomen zich dat deze overeenkomt met het spectrum van een hypernova - explosies van extreem grote sterren, minstens 25 keer groter dan onze eigen zon. Door de spectra te matchen, hebben astronomen overtuigend bewijs dat er een verband bestaat tussen gammastraaluitbarstingen en de explosies van zeer grote sterren.
Een zeer heldere uitbarsting van gammastralen werd waargenomen op 29 maart 2003 door NASA's High Energy Transient Explorer (HETE-II), in een hemelgebied binnen het sterrenbeeld Leo.
Binnen 90 minuten werd een nieuwe, zeer heldere lichtbron (de "optische nagloeiing") in dezelfde richting gedetecteerd door middel van een 40-inch telescoop bij de Siding Spring Observatory (Australië) en ook in Japan. De gammastraaluitbarsting werd volgens de datum GRB 030329 genoemd.
En binnen 24 uur werd een eerste, zeer gedetailleerd spectrum van dit nieuwe object verkregen door de UVES high-dispersion spectrograaf op de 8,2 m VLT KUEYEN-telescoop van de ESO Paranal Observatory (Chili). Hiermee kon de afstand worden bepaald op ongeveer 2.650 miljoen lichtjaar (roodverschuiving 0.1685).
Voortgezette observaties met de FORS1 en FORS2 multi-mode instrumenten op de VLT gedurende de volgende maand lieten een internationaal team van astronomen [1] toe om in ongekend detail de veranderingen in het spectrum van de optische nagloeiing van deze gammastraaluitbarsting te documenteren. Hun gedetailleerde rapport verschijnt in het nummer van 19 juni van het onderzoekstijdschrift "Nature".
De spectra tonen de geleidelijke en duidelijke opkomst van een supernovaspectrum van de meest energetische klasse die bekend is, een 'hypernova'. Dit wordt veroorzaakt door de explosie van een zeer zware ster - vermoedelijk meer dan 25 keer zwaarder dan de zon. De gemeten expansiesnelheid (meer dan 30.000 km / sec) en de totale vrijkomende energie waren uitzonderlijk hoog, zelfs binnen de elect hypernova-klasse.
Uit een vergelijking met meer hypernova's in de buurt, kunnen de astronomen het moment van de stellaire explosie met een goede nauwkeurigheid vaststellen. Het blijkt binnen een interval van plus / min twee dagen na de gammastraaluitbarsting te zijn. Deze unieke conclusie levert overtuigend bewijs dat de twee gebeurtenissen rechtstreeks met elkaar verband houden.
Deze waarnemingen duiden daarom op een gemeenschappelijk fysisch proces achter de hypernova-explosie en de bijbehorende emissie van sterke gammastraling. Het team concludeert dat dit waarschijnlijk te wijten is aan de bijna onmiddellijke, niet-symmetrische ineenstorting van het binnenste gebied van een hoogontwikkelde ster (bekend als het 'collapsar'-model).
De gammastraaluitbarsting van 29 maart zal in de annalen van de astrofysica terechtkomen als een zeldzame "typebepalende gebeurtenis", die overtuigend bewijs levert voor een direct verband tussen kosmologische gammastraaluitbarstingen en explosies van zeer zware sterren.
Wat zijn gammastraaluitbarstingen?
Een van de momenteel meest actieve velden van astrofysica is de studie van de dramatische gebeurtenissen die bekend staan als "gammastraaluitbarstingen (GRB's)". Ze werden eind jaren zestig voor het eerst gedetecteerd door gevoelige instrumenten aan boord van militaire satellieten, gelanceerd voor de bewaking en detectie van kernproeven. Deze korte flitsen van energetische gammastralen, die niet op aarde zijn ontstaan, maar ver in de ruimte, duren van minder dan een seconde tot enkele minuten.
Ondanks grote observatie-inspanningen is het pas in de afgelopen zes jaar mogelijk geworden om de locaties van sommige van deze gebeurtenissen met enige nauwkeurigheid te lokaliseren. Met de onschatbare hulp van relatief nauwkeurige positionele waarnemingen van de bijbehorende röntgenemissie door verschillende röntgen-satellietobservatoria sinds begin 1997, hebben astronomen tot nu toe ongeveer vijftig kortstondige bronnen van optisch licht geïdentificeerd die geassocieerd zijn met GRB's (de 'optische nagloei') ).
De meeste GRB's blijken op extreem grote ("kosmologische") afstanden te liggen. Dit houdt in dat de energie die binnen een paar seconden vrijkomt tijdens een dergelijke gebeurtenis groter is 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 bewijs verzameld dat GRB's de ineenstorting van zware sterren signaleren. Dit was oorspronkelijk gebaseerd op de waarschijnlijke associatie van één ongebruikelijke gammastraaluitbarsting met een supernova ("SN 1998bw", ook ontdekt met ESO-telescopen, zie ESO PR 15/98). Sindsdien zijn er meer aanwijzingen naar voren gekomen, waaronder de associatie van GRB's met gebieden met massieve stervorming in verre sterrenstelsels, prikkelend bewijs van supernova-achtige lichtkromme "hobbels" in de optische nagloeiing van eerdere bursts en spectrale signaturen van vers gesynthetiseerde elementen , waargenomen door röntgenobservatoria.
VLT-waarnemingen van GRB 030329
Op 29 maart 2003 (om precies 11:37: 14.67 uur UT) ontdekte NASA's High Energy Transient Explorer (HETE-II) een zeer heldere gammastraaluitbarsting. Na identificatie van de "optische nagloeiing" door een 40-inch telescoop bij de Siding Spring Observatory (Australië), werd de roodverschuiving van de burst [3] bepaald op 0,1685 door middel van een spectrum met hoge dispersie verkregen met de UVES-spectrograaf bij de 8,2 m VLT KUEYEN-telescoop bij de ESO Paranal Observatory (Chili).
De overeenkomstige afstand is ongeveer 2.650 miljoen lichtjaar. Dit is de dichtstbijzijnde normale GRB die ooit is gedetecteerd en biedt daarom de langverwachte mogelijkheid om de vele hypothesen en modellen te testen die zijn voorgesteld sinds de ontdekking van de eerste GRB's eind jaren zestig.
Met dit specifieke doel wendde het door ESO geleide team van astronomen [1] zich nu tot twee andere krachtige instrumenten bij de ESO Very Large Telescope (VLT), de multi-mode FORS1 en FORS2 camera / spectrografen. Gedurende een periode van een maand, tot 1 mei 2003, werden met regelmatige tussenpozen spectra van het vervagende object verkregen, waardoor een unieke set waarnemingsgegevens werd veiliggesteld die de fysieke veranderingen in het externe object met onovertroffen details documenteert.
De hypernova-verbinding
Gebaseerd op een zorgvuldige studie van deze spectra, presenteren de astronomen hun interpretatie van het GRB 030329-evenement nu in een onderzoeksartikel dat verschijnt in het internationale tijdschrift "Nature" op donderdag 19 juni. Onder de prozaïsche titel "Een zeer energetische supernova geassocieerd met de gammastraaluitbarsting van 29 maart 2003 ”, maar liefst 27 auteurs van 17 onderzoeksinstituten, onder leiding van de Deense astronoom Jens Hjorth, concluderen dat er nu onweerlegbaar bewijs is van een direct verband tussen de GRB en de“ hypernova ”-explosie van een zeer massieve, sterk geëvolueerde ster.
Dit is gebaseerd op de geleidelijke "opkomst" in de tijd van een supernova-achtig spectrum, dat de extreem gewelddadige explosie van een ster onthult. Met snelheden van meer dan 30.000 km / sec (d.w.z. meer dan 10% van de lichtsnelheid), beweegt het uitgeworpen materiaal met een recordsnelheid, wat getuigt van de enorme kracht van de explosie.
Hypernovae zijn zeldzame gebeurtenissen en worden waarschijnlijk veroorzaakt door een explosie van sterren van het zogenaamde "Wolf-Rayet" -type [4]. Deze WR-sterren waren oorspronkelijk gevormd met een massa van meer dan 25 zonsmassa's en bestonden voornamelijk uit waterstof. Nu ze zich in hun WR-fase hebben ontdaan van hun buitenste lagen, bestaan ze bijna puur uit helium, zuurstof en zwaardere elementen die worden geproduceerd door intense nucleaire verbranding tijdens de voorgaande fase van hun korte leven.
“We wachten hier al heel lang op”, zegt Jens Hjorth, “deze GRB heeft ons echt de ontbrekende informatie gegeven. Uit deze zeer gedetailleerde spectra kunnen we nu bevestigen dat deze burst en waarschijnlijk ook andere lange gammastraaluitbarstingen worden veroorzaakt door de ineenstorting van de kern van massieve sterren. De meeste andere toonaangevende theorieën zijn nu onwaarschijnlijk. '
Een "typebepalende gebeurtenis"
Zijn collega, ESO-astronoom Palle M? Ller, is even tevreden: “Wat ons in eerste instantie echt bezighield, was het feit dat we de supernovahandtekeningen al in het eerste FORS-spectrum duidelijk hadden gedetecteerd, slechts vier dagen nadat de GRB voor het eerst werd waargenomen - dat hadden we helemaal niet verwacht. Naarmate we meer en meer gegevens kregen, realiseerden we ons dat de spectrale evolutie bijna volledig identiek was aan die van de hypernova die in 1998 werd gezien. De gelijkenis van de twee stelde ons in staat om een zeer nauwkeurige timing van de huidige supernova-gebeurtenis vast te stellen ”.
De astronomen stelden vast dat de hypernova-explosie (aangeduid als SN 2003dh [2]) die gedocumenteerd is in de VLT-spectra en de GRB-gebeurtenis waargenomen door HETE-II op ongeveer hetzelfde moment moet hebben plaatsgevonden. Onder voorbehoud van verdere verfijning, is er maximaal een verschil van 2 dagen, en het lijdt dus geen enkele twijfel dat de twee causaal verbonden zijn.
"Supernova 1998bw wekte onze eetlust, maar het duurde nog 5 jaar voordat we vol vertrouwen konden zeggen dat we het rokende pistool vonden dat de associatie tussen GRB's en SNe genas", voegt Chryssa Kouveliotou van NASA toe. "GRB 030329 zou wel eens een 'ontbrekende schakel' voor GRB's kunnen blijken te zijn."
Concluderend was GRB 030329 een zeldzame "type-definiërende" gebeurtenis die zal worden geregistreerd als een keerpunt in hoogenergetische astrofysica.
Wat gebeurde er echt op 29 maart (of 2.650 miljoen jaar geleden)?
Hier is het volledige verhaal over GRB 030329, zoals de astronomen het nu lezen.
Duizenden jaren voorafgaand aan deze explosie liet een zeer massieve ster, die geen waterstofbrandstof meer had, veel van zijn buitenste omhulsel los en transformeerde zichzelf in een blauwachtige Wolf-Rayet-ster [3]. De overblijfselen van de ster bevatten ongeveer 10 zonsmassa's aan helium, zuurstof en zwaardere elementen.
In de jaren vóór de explosie raakte de Wolf-Rayet-ster snel zijn resterende brandstof op. Op een gegeven moment veroorzaakte dit plotseling de hypernova / gamma-ray burst-gebeurtenis. De kern stortte in, zonder dat het buitenste deel van de ster het wist. Binnenin vormde zich een zwart gat, omgeven door een schijfje accreterende materie. Binnen een paar seconden werd er een straal materie uit het zwarte gat gelanceerd.
De straal passeerde de buitenste schil van de ster en verbrijzelde, samen met krachtige winden van nieuw gevormd radioactief nikkel-56 die de schijf naar binnen bliezen, de ster. Deze verbrijzeling, de hypernova, schijnt fel door de aanwezigheid van nikkel. Ondertussen ploegde de straal in materiaal in de buurt van de ster en creëerde de gammastraaluitbarsting die zo'n 2.650 miljoen jaar later werd geregistreerd door de astronomen op aarde. Het gedetailleerde mechanisme voor de productie van gammastralen is nog steeds een kwestie van discussie, maar het is ofwel gekoppeld aan interacties tussen de straal en materie die eerder uit de ster is uitgestoten, of aan interne botsingen binnen de straal zelf.
Dit scenario vertegenwoordigt het "collapsar" -model, geïntroduceerd door de Amerikaanse astronoom Stan Woosley (University of California, Santa Cruz) in 1993 en een lid van het huidige team, en verklaart het beste de waarnemingen van GRB 030329.
"Dit betekent niet dat het mysterie van de gammastraaluitbarsting nu is opgelost", zegt Woosley. 'We zijn er nu zeker van dat lange uitbarstingen gepaard gaan met een instorting van de kern en een hypernova, waardoor waarschijnlijk een zwart gat ontstaat. We hebben de meeste sceptici overtuigd. We kunnen echter nog geen conclusie trekken over de oorzaak van de korte gammaflitsen, die minder dan twee seconden lang zijn. '
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
