16 okt. 2017
3 minuten
De Eso-vloot van telescopen in Chili heeft de eerste optische tegenhanger waargenomen van een bron van zwaartekrachtgolven. Deze historische waarnemingen geven aan dat het gaat om de versmelting van twee neutronensterren.
Het is de eerste keer dat astronomen zowel zwaartekrachtgolven als elektromagnetische straling (licht) hebben waargenomen van dezelfde gebeurtenis. Dit was mogelijk dankzij een gezamenlijke mondiale inspanning en de snelle reacties van telescopen over de hele wereld.
Op 17 augustus 2017 detecteerde het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Ligo) zwaartekrachtgolven. Ongeveer twee seconden later detecteerden gammatelescopen Nasa en Esa een korte gammaflits afkomstig uit hetzelfde gebied aan de hemel. Het Ligo-Virgo -observatorium plaatste de bron in een uitgebreid gebied aan de zuidelijke hemel, ter grootte van een paar honderd volle manen en met miljoenen sterren. Terwijl de nacht inviel in Chili speurden veel telescopen dit gebied aan de hemel af op zoek naar nieuwe bronnen. In de weken daarna deden zo’n 70 telescopen wereldwijd mee, inclusief de Hubble Space Telescope.Afstandsschattingen plaatsen beide waarnemingen op zo’n 130 miljoen lichtjaar van de aarde. Dat maakt de bron niet alleen de dichtstbijzijnde zwaartekrachtgolfgebeurtenis tot nu toe, maar ook een van de meest nabije gammaflits-bronnen die ooit is gezien.
Kilonova
Momenteel kunnen alleen zwaartekrachtgolven worden opgevangen die worden gecreëerd door snelle veranderingen in de snelheid van zeer zware objecten. Een van dit soort gebeurtenissen is de versmelting van twee neutronensterren: de extreem compacte, ineengestorte kernen van zware sterren die overblijven na supernova-explosies. De wetenschappers denken dan ook dat dit soort samensmeltingen de korte gammaflitsen verklaren. Een explosieve gebeurtenis die 1000 keer zo helder is als een typische nova – een zogeheten kilonova – volgt naar verwachting op zo’n gebeurtenis.
De vrijwel gelijktijdige detectie van zowel zwaartekrachtgolven als gammastraling geeft de wetenschappers de hoop dat dit inderdaad de lang gezochte kilonova is. De eigenschappen komen in elk geval opvallend dicht bij de theoretische voorspellingen. Kilonova’s zijn meer dan 30 jaar geleden al voorgesteld, maar dit is de eerste bevestiging.
Vermoeden gesterkt
Hun vermoeden werd versterkt doordat, na de samensmelting van de twee neutronensterren, een snel uitdijende uitbarsting van radioactieve zware chemische elementen de kilonova verliet, op bijna een vijfde van de lichtsnelheid. De snel bewegende materie werd gevolgd door twee langzamer bewegende winden. De kleur van de kilonova verschoof van zeer blauw naar zeer rood in de dagen erna, een veel snellere verandering dan eerder in sterexplosies is gezien.
"Toen het spectrum op onze schermen verscheen realiseerde ik me dat dit de ongebruikelijkste transient was die ik ooit had gezien," vertelt Stephen Smartt van Eso . "Ik had nog nooit zoiets gezien. Onze data, en ook die van andere groepen, bewezen dat het geen supernova of een variabele ster op de voorgrond was, maar iets heel opmerkelijks."
Ook is de aanwezigheid van cesium en tellurium aangetoond, uitgestoten door de samensmeltende neutronensterren. Deze waarnemingen pinnen de vorming van elementen die zwaarder zijn dan ijzer vast op kernreacties binnen sterren met een hoge dichtheid, wat bekend staat als r-proces nucleosynthese en tot nu toe alleen in theorie bestond.
"De data komen zeer goed overeen met de theorie. Het is een overwinning voor de theoretici, een bevestiging dat de Ligo-Virgo-gebeurtenissen absoluut echt zijn, en een succes voor Eso dat zo’n fantastische dataset over de kilonova heeft verzameld," zegt Stefano Covino, eerste auteur van een van de Nature Astronomy-papers.
Nieuw tijdperk
"We zijn het nieuwe tijdperk van de multi-messengerastronomie binnengetreden", concludeert Andrew Levan, hoofdauteur van een van de papers.