Persbericht

Donkere gammaflitsen tegen het licht gehouden

16 december 2010

Gammaflitsen behoren tot de meest energierijke verschijnselen in het heelal, maar sommige produceren merkwaardig weinig zichtbaar licht. Bij het tot nog toe grootste onderzoek van deze zogeheten donkere gammaflitsen, uitgevoerd met het GROND-instrument van de 2,2-meter MPG/ESO-telescoop op La Silla in Chili, is ontdekt dat voor deze kolossale explosies geen exotische verklaringen bedacht hoeven te worden. Hun geringe helderheid blijkt het gevolg te zijn van een combinatie van oorzaken, waarvan de aanwezigheid van stof tussen de aarde en de explosie de belangrijkste is.

Gammaflitsen zijn kortstondige gebeurtenissen die soms minder dan een seconde, maar soms ook enkele minuten duren. Ze worden gedetecteerd door satellieten die gevoelig zijn voor hun energierijke straling. Dertien jaar geleden ontdekten astronomen dat deze hevige uitbarstingen ook een stroom van minder energierijke straling produceren, die nog tot weken of zelfs jaren na de eigenlijke explosie blijft nagloeien.

Alle gammaflitsen [1] vertonen een nagloeiing van röntgenstraling. Maar slechts de helft daarvan zendt ook zichtbaar licht uit – de rest blijft verdacht donker. Sommige astronomen dachten dat deze donkere exemplaren een geheel nieuwe klasse van gammaflitsen vertegenwoordigden, anderen meenden dat het gammaflitsen op zeer grote afstanden betrof. Uit eerder onderzoek was echter ook gebleken dat verduisterend stof tussen de gammaflits en ons een rol zou kunnen spelen.

‘Het onderzoek van nagloeiingen is cruciaal voor onze ideeën over de objecten die gammaflitsen produceren en wat zij ons over de stervorming in het jonge heelal vertellen,’ zegt de hoofdauteur van het onderzoek, Jochen Greiner van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München, Duitsland.

Eind 2004 lanceerde NASA de satelliet Swift. Vanuit zijn omloopbaan boven de aardatmosfeer kan deze satelliet gammaflitsen detecteren en hun posities onmiddellijk doorgeven aan andere sterrenwachten, zodat deze de nagloeiingen kunnen observeren. Bij het nieuwe onderzoek hebben astronomen de Swift-gegevens gecombineerd met waarnemingen die gedaan zijn met GROND [2] – een detector specifiek bedoeld voor waarnemingen van nagloeiende gammaflitsen, die gekoppeld is aan de 2,2-meter MPG/ESO-telescoop op La Silla in Chili. Op die manier hebben de onderzoekers het vraagstuk van de ontbrekende nagloeiing in zichtbaar licht overtuigend kunnen oplossen.

Wat GROND zo geschikt maakt voor het onderzoek van nagloeiingen is zijn zeer snelle reactietijd. Dankzij een speciaal systeem dat de Rapid Response Mode wordt genoemd, kan hij binnen enkele minuten nadat Swift een gammaflits heeft gemeld met waarnemen beginnen. Daarbij bekijkt hij het object gelijktijdig door zeven filters die zowel het zichtbare als het nabij-infrarode deel van het spectrum bestrijken.

Door de GROND-gegevens die door deze zeven filters zijn verzameld te combineren met waarnemingen van Swift, waren astronomen in staat om nauwkeurig te meten hoeveel licht van de nagloeiing op de verschillende golflengten – van energierijke röntgenstraling tot het nabij-infrarood – binnenkwam. De astronomen gebruikten deze informatie om rechtstreeks vast te stellen hoeveel verduisterend stof het licht van een gammaflits onderweg naar de aarde moest zijn tegengekomen. Voorheen kon alleen een ruwe schatting van de hoeveelheid stof worden gemaakt.

Het onderzoeksteam gebruikte naast hun eigen GROND-metingen de waarnemingen van andere grote telescopen, zoals ESO’s Very Large Telescope, om de afstanden van bijna alle gammaflitsen in hun steekproef te schatten. Hoewel daarbij bleek dat verduisterend stof een aanzienlijk aantal gammaflitsen tot ongeveer 60 à 80 procent  van de oorspronkelijke intensiteit afzwakt, bleek het effect op de verste gammaflitsen nóg groter. Daarvan komt slechts 30 tot 50 procent van het licht op aarde aan [4]. De astronomen concluderen daaruit dat de donkerste gammaflitsen simpelweg die gammaflitsen zijn waarvan het zichtbare licht onderweg compleet geabsorbeerd is.

‘Vergeleken met andere instrumenten van grote telescopen, is GROND een goedkoop en betrekkelijk eenvoudig instrument’, aldus Greiner. ‘Toch is het erin geslaagd om het raadsel rond de donkere gammaflitsen op te lossen.’

Noten

[1] Gammaflitsen die langer dan twee seconden duren, worden lange gammaflitsen genoemd; de overige heten korte gammaflitsen. De lange gammaflitsen die het onderwerp van dit onderzoek waren, worden in verband gebracht met de supernova-explosies van zware, jonge sterren in verre sterrenstelsels. Korte gammaflitsen worden nog niet goed begrepen, maar zijn mogelijk het gevolg van botsingen tussen twee compacte objecten, zoals neutronensterren.

[2] De Gamma-Ray Optical and Near-infrared Detector (GROND) is ontworpen en gebouwd door het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, in samenwerking met de Tautenburg-sterrenwacht. Het instrument is sinds augustus 2007 volledig operationeel.

[3] Er zijn meer onderzoeken van donkere gammaflitsen geweest. Begin dit jaar gebruikten astronomen de Subaru-telescoop voor waarnemingen van één bepaalde gammaflits, waaruit zij de conclusie trokken dat donkere gammaflitsen wellicht een afzonderlijke subklasse vormden, met een eigen ontstaansmechanisme, zoals de samensmelting van een dubbelster. Bij een onderzoek met de Keck-telescoop dat vorig jaar werd gepubliceerd, onderzochten astronomen de moederstelsels van 14 donkere gammaflitsen en leidden uit hun relatief kleine afstanden af dat stof daarbij waarschijnlijk een cruciale factor speelde. Bij het nieuwe onderzoek dat hier wordt beschreven werden 39 gammaflitsen onderzocht, waaronder bijna 20 donkere gammaflitsen. Het is het enige onderzoek waarbij geen voorafgaande veronderstellingen zijn gebruikt en de hoeveelheid stof rechtstreeks werd gemeten.

[4] Omdat het nagloeiende licht van zeer verre gammaflitsen door de uitdijing van het heelal naar het rood verschuift, was het licht van het object oorspronkelijk blauwer dan het licht dat we op aarde ontvangen. Omdat stof blauw en ultraviolet licht sterker absorbeert dan rood licht, betekent dit dat de verduisterende werking van stof groter is naarmate de gammaflits verder weg plaatsvindt. Dat maakt de gevoeligheid van GROND voor nabij-infarode straling zo belangrijk.

Meer informatie

Dit onderzoek staat beschreven in een artikel dat op 16 december 2010 in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit: J. Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik [MPE], Duitsland), T. Krühler (MPE, Universe Cluster, Technische Universität München, Duitsland), S. Klose (Thüringer Landessternwarte, Duitsland), P. Afonso (MPE), C. Clemens (MPE), R. Filgas (MPE), D.H. Hartmann (Clemson University, VS), A. Küpcü Yoldaş¸ (University of Cambridge, VK), M. Nardini (MPE), F. Olivares E. (MPE), A. Rau (MPE), A. Rossi (Thüringer Landessternwarte, Duitsland), P. Schady (MPE) en A. Updike (Clemson University, VS)

ESO, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, is de belangrijkste intergouvernementele sterrenkundeorganisatie in Europa, en het meest productieve astronomische observatorium ter wereld. ESO wordt ondersteund door 14 landen: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerp, de bouw en het beheer van krachtige grondobservatoria die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. ESO speelt ook een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op sterrenkundig gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staat ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld. Ook is ESO de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA. Daarnaast is ESO momenteel bezig met ontwerpstudies voor de 42-meter Europese Extremely Large optische/nabij-infrarood Telescoop (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Fachartikel in Astronomy and Astrophysics
• GROND-website
• Foto’s van La Silla

Contact

Jochen Greiner
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3847
E-mail: jcg@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobiel: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media