Het mysterie van Gamma Ray Bursts (GRB's) ontrafelen is een verhaal vol internationale intriges, fantastische claims, serieuze back-tracking en stapsgewijze verbeteringen in ons begrip van de ware aard en implicaties van de meest energetische, destructieve krachten in het universum. Nieuwe resultaten van een team van wetenschappers die zogenaamde "donkere gammaflitsen" bestuderen, hebben een nieuw stuk stevig in de GRB-puzzel geklikt. Dit onderzoek wordt gepresenteerd in een paper dat op 16 december 2010 verschijnt in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
De ontdekking van GRB's was een onverwacht resultaat van het Amerikaanse ruimtevaartprogramma en het leger dat de Russen in de gaten hield om na te gaan of een verdrag inzake het verbod op kernproeven in de Koude Oorlog werd nageleefd. Om er zeker van te zijn dat de Russen geen kernwapens aan de andere kant van de maan tot ontploffing brachten, was het Vela-ruimtevaartuig uit de jaren 60 uitgerust met gammastraaldetectoren. De maan zou de voor de hand liggende signatuur van röntgenstralen vanaf de andere kant afschermen, maar gammastralen zouden dwars door de maan dringen en zouden door de Vela-satellieten kunnen worden waargenomen.
In 1965 werd het duidelijk dat gebeurtenissen die de detectoren activeerden, maar duidelijk geen handtekening waren van nucleaire ontploffingen, dus werden ze zorgvuldig en in het geheim weggevaagd voor toekomstig onderzoek. In 1972 konden astronomen de richtingen naar de gebeurtenissen voldoende nauwkeurig afleiden om de zon en de aarde als bronnen uit te sluiten. Ze kwamen tot de conclusie dat deze gammastraling-gebeurtenissen 'van kosmische oorsprong' waren. In 1973 werd deze ontdekking aangekondigd in het Astrophysical Journal.
Dit veroorzaakte veel opschudding in de astronomische gemeenschap en tientallen artikelen over GRB's en hun oorzaken begonnen in de literatuur te verschijnen. Aanvankelijk waren de meeste hypothesen dat de oorsprong van deze gebeurtenissen afkomstig was uit ons eigen sterrenstelsel. De vooruitgang was pijnlijk traag tot de lancering van het Compton Gamma Ray Observatory in 1991. Deze satelliet leverde cruciale gegevens op die erop wezen dat de distributie van GRB's niet gericht is naar een bepaalde richting in de ruimte, zoals naar het galactische vlak of het centrum van de Melkweg. GRB's kwamen overal vandaan om ons heen. Ze zijn van oorsprong 'kosmisch'. Dit was een grote stap in de goede richting, maar leverde meer vragen op.
Decennia lang zochten astronomen naar een tegenhanger, elk astronomisch object dat samenviel met een recent waargenomen burst. Maar het gebrek aan precisie in de locatie van GRB's door de instrumenten van de dag frustreerde pogingen om de bronnen van deze kosmische explosies vast te pinnen. In 1997 ontdekte BeppoSAX kort na een gebeurtenis een GRB in röntgenstralen en 20 uur later werd de optische na-gloed gedetecteerd door de William Herschel-telescoop. Diepe beeldvorming was in staat om een zwak, ver sterrenstelsel te identificeren als de gastheer van de GRB. Binnen een jaar was het argument over de afstanden tot GRB's voorbij. GRB's komen voor in extreem verre sterrenstelsels. Hun associatie met supernova's en de dood van zeer zware sterren gaven ook aanwijzingen voor de aard van de systemen die GRB's produceren.
Het duurde niet lang voordat de race optische nagloeiingen van verhitte GRB's identificeerde en nieuwe satellieten hielpen de locaties van deze na gloeiingen en hun gaststelsels te lokaliseren. De Swift-satelliet, gelanceerd in 2004, is uitgerust met een zeer gevoelige gammastraaldetector, evenals röntgen- en optische telescopen, die snel kunnen worden gedraaid om nagloeiende emissies na een burst automatisch te observeren en om een melding naar een netwerk van telescopen op de grond voor snelle vervolgwaarnemingen.
Tegenwoordig herkennen astronomen twee classificaties van GRB's, gebeurtenissen van lange duur en gebeurtenissen van korte duur. Korte gammaflitsen zijn waarschijnlijk het gevolg van samensmelting van neutronensterren en worden niet geassocieerd met supernova's. Gammastraaluitbarstingen (GRB's) met een lange duur zijn van cruciaal belang voor het begrijpen van de fysica van GRB-explosies, de impact van GRB's op hun omgeving, evenals de implicaties van GRB's voor vroege stervorming en de geschiedenis en het lot van het heelal.
Hoewel röntgen-nagloeiing gewoonlijk voor elke GRB wordt gedetecteerd, weigerden sommigen nog steeds hun optische nagloeiing op te geven. Oorspronkelijk waren die GRB's met röntgenstralen maar zonder optische nagloeiingen 'donkere GRB's'. De definitie van "donkere gammastraaluitbarsting" is verfijnd door een tijd- en helderheidslimiet toe te voegen en door de totale energie-output van de GRB te berekenen.
Dit ontbreken van een optische handtekening kan verschillende oorzaken hebben. De nagloed kan een intrinsiek lage helderheid hebben. Met andere woorden, er kunnen gewoon heldere GRB's en zwakke zijn. Of de optische energie kan sterk worden geabsorbeerd door tussenliggend materiaal, hetzij lokaal rond de GRB of langs de gezichtslijn door het gaststelsel. Een andere mogelijkheid is dat het licht zo'n hoge roodverschuiving zou kunnen hebben dat blanking en absorptie door het intergalactische medium detectie zou verhinderen in de R-band die vaak wordt gebruikt om deze detecties te doen.
In de nieuwe studie combineerden astronomen Swift-gegevens met nieuwe waarnemingen die werden gedaan met GROND, een speciaal GRB-vervolginstrument dat is bevestigd aan de 2,2-meter MPG / ESO-telescoop in La Silla in Chili. GROND is een uitzonderlijke tool voor de studie van GRB-nagloeiingen. Het kan binnen enkele minuten na een waarschuwing van Swift een burst waarnemen en heeft de mogelijkheid om door zeven filters tegelijkertijd te observeren, die de zichtbare en nabij-infrarode delen van het spectrum bestrijken.
Door GROND-gegevens uit deze zeven filters te combineren met Swift-waarnemingen, konden astronomen nauwkeurig de hoeveelheid licht uitstralen die door de nagloeiing wordt uitgezonden bij sterk verschillende golflengten, van hoogenergetische röntgenstralen tot bijna-infrarood. Vervolgens gebruikten ze deze gegevens om direct de hoeveelheid verduisterend stof tussen de GRB en waarnemers op aarde te meten. Gelukkig heeft het team ontdekt dat donkere GRB's geen exotische uitleg nodig hebben.
Ze ontdekten dat een aanzienlijk deel van de uitbarstingen door verduisterend stof tot ongeveer 60-80 procent van hun oorspronkelijke intensiteit wordt gedimd. Dit effect is overdreven voor de zeer verre uitbarstingen, waardoor de waarnemer slechts 30-50 procent van het licht kan zien. Door te bewijzen dat dit zo is, hebben deze astronomen de puzzel van de ontbrekende optische nagloeiingen definitief opgelost. Donkere gammaflitsen zijn simpelweg die waarvan het zichtbare licht volledig is weggenomen voordat het ons bereikt.
