Persbericht

Kolossale explosies verborgen in stof

ALMA verkent de omgeving van donkere gammaflitsen

11 juni 2014

Waarnemingen met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hebben voor het eerst inzicht gegeven in de verdeling van het moleculaire gas en stof in de moederstelsels van gammaflitsen – de grootste explosies in het heelal. Verrassend genoeg is daarbij minder gas waargenomen dan verwacht en overeenkomstig meer stof. Dat maakt dat sommige gammaflitsen zich als ‘donkere gammaflitsen’ voordoen. De onderzoeksresultaten verschijnen op 12 juni 2014 in het tijdschrift Nature. Ze bewijzen dat ALMA heel geschikt is voor het onderzoeken van gammaflitsen. 

Gammaflitsen zijn intense uitbarstingen van extreem hoge energie die in verre sterrenstelsels worden waargenomen. Ze vertegenwoordigen het meest explosieve verschijnsel in het heelal. Gammaflitsen die langer dan een paar seconden duren, de zogeheten lange gammaflitsen [1], houden verband met supernova-explosies – de krachtige ontploffingen die zware sterren aan het einde van hun leven ondergaan.

In luttele seconden komt bij zo’n uitbarsting evenveel energie vrij als de zon in haar tien miljard jaar durende leven zal produceren. Na de explosie gloeit zo’n gammaflits vaak nog lang na, een verschijnsel dat wordt toegeschreven aan botsingen tussen het uitgestoten materiaal en het gas in de omgeving. 

Maar vreemd genoeg lijken sommige gammaflitsen geen nagloeiing te vertonen – deze worden donkere gammaflitsen genoemd. Een mogelijke verklaring is dat de nagloeiende straling door wolken stof wordt geabsorbeerd. 

De afgelopen jaren hebben wetenschappers geprobeerd om het ontstaan van gammaflitsen beter te begrijpen door de stelsels waarin deze optreden onder de loep te nemen. Astronomen hadden verwacht dat de zware sterren die uiteindelijk met een gammaflits zouden eindigen te vinden zouden zijn in de actieve stervormingsgebieden van deze stelsels. Dat zou betekenen dat ze omgeven zijn door grote hoeveelheden moleculair gas – de grondstof voor stervorming. Er waren echter geen waarnemingen die deze theorie konden onderbouwen. 

Met behulp van ALMA heeft een Japans team van astronomen, onder leiding van Bunyo Hatsukade van het National Astronomical Observatory of Japan, nu de radiostraling van moleculair gas in de moederstelsels van twee lange gammaflitsen waargenomen. De twee explosies, GRB 020819B en GRB 051022, speelden zich af op respectievelijk 4,3 miljard en 6,9 miljard lichtjaar van de aarde. Het is aan de ongekend hoge gevoeligheid van ALMA te danken dat deze radiostraling kon worden gedetecteerd: dat was nog nooit eerder gelukt [2].

Kotaro Kohno, hoogleraar aan de Universiteit van Tokio en lid van het onderzoeksteam, zegt: ‘We hebben meer dan tien jaar met diverse telescopen naar het moleculaire gas in de moederstelsels van gammaflitsen gezocht. Als beloning voor onze inspanningen hebben we dankzij ALMA eindelijk een opmerkelijke doorbraak bereikt. We zijn erg blij met dit resultaat.’

Een ander opmerkelijk resultaat dat aan de grote beeldscherpte van ALMA te danken is, betreft de verdeling van moleculair gas en stof in de moederstelsels van gammaflitsen. Waarnemingen van GRB 020819B laten zien dat de buitengebieden van het moederstelsel opmerkelijk stofrijk zijn, terwijl moleculair gas vooral rond het centrum wordt aangetroffen. Het is voor het eerst dat een dergelijke verdeling in het moederstelsel van een gammaflits is waargenomen. [3]

‘We hadden niet verwacht dat gammaflitsen zouden optreden in zo’n stofrijke omgeving. Dat is een teken dat de gammaflits plaatsvond in een omgeving die heel anders is dan een doorsnee stervormingsgebied,’ aldus Hatsukade. Dat wijst erop dat de zware sterren die met een gammaflits eindigden de omgeving in hun stervormingsgebied al vóór hun explosie veranderden.

Het onderzoeksteam denkt dat het hoge aandeel stof op de plek van de gammaflits mogelijk is veroorzaakt doordat stof beter bestand is tegen ultraviolette straling dan moleculair gas. De bindingen tussen de atomen waaruit moleculen bestaan worden gemakkelijk verbroken door ultraviolette straling, waardoor moleculair gas dat wordt blootgesteld aan de sterke ultraviolette straling van de hete jonge sterren in een stervormingsgebied, waaronder de voorlopers van de waargenomen gammaflitsen, niet lang kan standhouden. Hoewel GRB 051.022 een soortgelijke verdeling lijkt te vertonen, kan dit door gebrek aan oplossend vermogen nog niet worden bevestigd (het moederstelsel van GRB 051.022 staat verder weg dan dat van GRB 020819B). Maar hoe dan ook: deze ALMA-waarnemingen steunen de hypothese dat het stof is dat de nagloeiende straling absorbeert en de oorzaak van de donkere gammaflitsen is. 

‘De resultaten die nu zijn verkregen, overtreffen onze verwachtingen. We moeten nog meer waarnemingen van andere gammaflits-moederstelsels doen om te zien of dit de normale omstandigheden zijn in de omgeving van een gammaflits. We kijken dan ook uit naar het toekomstige onderzoek met de volledige ALMA-array,’ zegt Hatsukade.

Noten

[1] Lange gammaflitsen duren langer dan twee seconden en nemen ongeveer zeventig procent van alle waargenomen gammaflitsen voor hun rekening. In de loop van het vorige decennium is gebleken dat de gammaflitsen die minder dan twee seconden duren waarschijnlijk worden veroorzaakt door botsingen tussen neutronensterren en geen verband houden met supernova’s of hypernova’s.

[2] De gevoeligheid van ALMA was bij deze waarnemingen ongeveer vijf keer zo groot als die van vergelijkbare telescopen. De eerste wetenschappelijke waarnemingen met ALMA gingen in 2011 van start met een gedeeltelijke array (eso1137). De hier beschreven waarnemingen zijn gedaan met een array die uit slechts 24 tot 27 antennes bestond, verspreid over een afstand van slechts 125 meter. Het gereedkomen van de laatste van de 66 antennes (eso1342) belooft veel voor de nabije toekomst, omdat de ALMA-antennes dan in verschillende configuraties kunnen worden opgesteld, verspreid over afstanden tot zestien kilometer. 

[3] In het interstellaire medium van de Melkweg en in naburige sterrenstelsels die nieuwe sterren produceren bedraagt de massaverhouding stof/gas ongeveer 0,01. In het gebied rond GRB 020819B is die verhouding ongeveer tien keer zo groot.

Meer informatie

De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van Europa, Noord-Amerika en Oost-Azië, met steun van de republiek Chili. ALMA wordt in Europa gefinancierd door de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), in Noord-Amerika door de National Science Foundation (NSF) van de VS in samenwerking met de National Research Council van Canada (NRC) en de National Science Council van Taiwan (NSC), en in Oost-Azië door de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan. De bouw en het beheer van ALMA worden namens Europa geleid door ESO, namens Noord-Amerika door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat bestuurd wordt door de Associated Universities, Inc. (AUI), en namens Oost-Azië door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).

De resultaten van het hier beschreven onderzoek verschijnen in het artikel ‘Two gamma-ray bursts from dusty regions with little molecular gas’ van B. Hatsukade et al, dat op 12 juni 2014 in het tijdschrift Nature verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit B. Hatsukade (NOAJ, Tokio, Japan), K. Ohta (Department of Astronomy, Kyoto University, Kyoto, Japan), A. Endo (Kavli Institute of NanoScience, TU Delft, Nederland), K. Nakanishi (NAOJ; JAO, Santiago, Chili; The Graduate University for Advanced Studies (Sokendai), Tokio, Japan), Y. Tamura (Institute of Astronomy [IoA], University of Tokyo, Japan), T. Hashimoto (NAOJ) en K. Kohno (IoA; Research Centre for the Early Universe, University of Tokyo, Japan). 

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, 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 ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel

• Meer over ALMA

• Foto’s van ALMA

• Video’s van ALMA

• ALMA-brochure

• De film ALMA — In Search of our Cosmic Origins

• Het ALMA-fotoboek In Search of our Cosmic Origins – The Construction of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array

• Meer persberichten over ALMA

Contact

Bunyo Hatsukade
National Astronomical Observatory of Japan
Japan
Tel: +81-422-34-3900 (ext. 3173)
E-mail: bunyo.hatsukade@nao.ac.jp

Masaaki Hiramatsu
National Astronomical Observatory of Japan
Japan
Tel: +81-422-34-3630
E-mail: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

Lars Lindberg Christensen
ESO education and Public Outreach Department
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6761
Mobiel: +49 173 3872 621
E-mail: lars@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