M15 heeft een dubbel neutronensterrensysteem dat uiteindelijk met geweld zal samensmelten. Afbeelding tegoed: NOAO Klik om te vergroten
Gammaflitsen zijn de krachtigste explosies in het heelal, die enorme hoeveelheden hoogenergetische straling uitzenden. Decennia lang was hun oorsprong een mysterie. Wetenschappers geloven nu dat ze de processen begrijpen die gammaflitsen produceren. Een nieuwe studie van Jonathan Grindlay van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) en zijn collega's, Simon Portegies Zwart (Astronomical Institute, Nederland) en Stephen McMillan (Drexel University), suggereert een bron die eerder over het hoofd werd gezien voor sommige gamma- straaluitbarstingen: stellaire ontmoetingen binnen bolhopen.
"Maar liefst een derde van alle korte gammaflitsen die we waarnemen, kan afkomstig zijn van het samenvoegen van neutronensterren in bolhopen", zegt Grindlay.
Gamma-ray bursts (GRB's) zijn er in twee verschillende 'smaken'. Sommige gaan tot een minuut mee, of zelfs langer. Astronomen geloven dat die lange GRB's worden gegenereerd wanneer een massieve ster explodeert in een hypernova. Andere bursts duren maar een fractie van een seconde. Astronomen theoretiseren dat korte GRB's ontstaan door de botsing van twee neutronensterren, of een neutronenster en een zwart gat.
De meeste dubbel-neutronensterrensystemen zijn het resultaat van de evolutie van twee massieve sterren die al om elkaar heen draaien. Door het natuurlijke verouderingsproces worden beide neutronensterren (als ze beginnen met een bepaalde massa), die vervolgens in miljoenen of miljarden jaren in elkaar overlopen tot ze samensmelten en een gammastraaluitbarsting vrijgeven.
Het onderzoek van Grindlay wijst op een andere potentiële bron van korte GRB's: bolvormige clusters. Bolvormige sterrenhopen bevatten enkele van de oudste sterren in het heelal die slechts een paar lichtjaar in doorsnee zijn gepropt in een krappe ruimte. Dergelijke krappe kwartalen lokken veel nauwe ontmoetingen met sterren uit, waarvan sommige tot sterswaps leiden. Als een neutronenster met een stellaire metgezel (zoals een witte dwerg of hoofdreeksster) zijn partner uitwisselt met een andere neutronenster, zal het resulterende paar neutronensterren uiteindelijk samen spiraalsgewijs bewegen en explosief botsen, waardoor een gammastraaluitbarsting ontstaat.
"We zien deze precursorsystemen, die één neutronenster bevatten in de vorm van een milliseconde pulsar, overal in bolhopen", aldus Grindlay. “Bovendien zijn bolhopen zo dicht opeengepakt dat je veel interacties hebt. Het is een natuurlijke manier om dubbele neutronensterrensystemen te maken. "
De astronomen hebben ongeveer 3 miljoen computersimulaties uitgevoerd om de frequentie te berekenen waarmee dubbele neutronensterrensystemen zich kunnen vormen in bolhopen. Omdat ze wisten hoeveel er zich in de geschiedenis van de melkweg hebben gevormd en hoe lang het ongeveer duurt voordat een systeem is samengevoegd, hebben ze vervolgens de frequentie bepaald van korte gammaflitsen die worden verwacht van binaire binaire clusters. Ze schatten dat tussen de 10 en 30 procent van alle korte gammaflitsen die we waarnemen het gevolg kan zijn van dergelijke systemen.
Deze schatting houdt rekening met een merkwaardige trend die is ontdekt door recente GRB-waarnemingen. Fusies en dus bursts van zogenaamde "schijf" neutronenster-binaries - systemen die zijn gemaakt van twee massieve sterren die samen zijn gevormd en samen zijn gestorven - komen naar schatting 100 keer vaker voor dan bursts van bolvormige cluster-binaries. Maar het handvol korte GRB's die precies zijn gelokaliseerd, komen meestal van galactische halo's en zeer oude sterren, zoals verwacht voor bolhopen.
'Er is hier een groot boekhoudprobleem', zei Grindlay.
Om de discrepantie te verklaren, suggereert Grindlay dat bursts uit schijfbinaire bestanden waarschijnlijk moeilijker te herkennen zijn omdat ze de neiging hebben straling uit te zenden in smallere ontploffingen die zichtbaar zijn vanuit minder richtingen. Een smallere "beaming" kan het gevolg zijn van botsende sterren waarvan de spins zijn uitgelijnd met hun baan, zoals verwacht voor binaries die vanaf hun geboorte samen zijn geweest. Nieuw samengevoegde sterren, met hun willekeurige oriëntaties, kunnen bredere uitbarstingen uitzenden wanneer ze samensmelten.
"Meer korte GRB's komen waarschijnlijk van schijfsystemen - we zien ze gewoon niet allemaal", legt Grindlay uit.
Slechts ongeveer een half dozijn korte GRB's zijn recentelijk nauwkeurig gelokaliseerd door gammastraal-satellieten, waardoor grondig onderzoek moeilijk wordt. Naarmate er meer voorbeelden worden verzameld, zouden de bronnen van korte GRB's veel beter moeten worden begrepen.
De paper die deze bevinding aankondigde, werd gepubliceerd in het online nummer van Nature Physics van 29 januari. Het is online beschikbaar op http://www.nature.com/nphys/index.html en in voordruk op http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512654.
Het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), met hoofdkantoor in Cambridge, Massachusetts, is een gezamenlijke samenwerking tussen het Smithsonian Astrophysical Observatory en het Harvard College Observatory. CfA-wetenschappers, georganiseerd in zes onderzoeksdivisies, bestuderen de oorsprong, evolutie en het uiteindelijke lot van het universum.
Oorspronkelijke bron: CfA News Release
