Wetenschappers hebben de helderste kilonova-kandidaat ooit geobserveerd en die zet alles wat we dachten te weten over botsende neutronensterren op zijn kop.

Halverwege dit jaar detecteerden onderzoekers een vrij opmerkelijke lichtflits. De korte gammaflits, die tot GRB 200522A werd gedoopt, had zo’n 5,47 miljard jaar door het heelal gereisd voordat het hier op aarde door telescopen werd opgevangen. Een team van onderzoekers kwam vervolgens tot een bizarre ontdekking. De gammaflits ging namelijk vergezeld met wel een heel heldere kilonova; de helderste kilonova-kandidaat die ooit is geobserveerd. En dat zet alles wat we dachten te weten over botsende neutronensterren op zijn kop.

Gammaflitsen en neutronensterren
Even een stapje terug. Want laten we allereerst beginnen met hoe gammaflitsen precies ontstaan. Gammaflitsen zijn de meest energierijke verschijnselen in het heelal. Het zijn eigenlijk niets meer dan heftige uitbarstingen van hoogenergetische gammastraling die enkele milliseconden tot enkele minuten duren. Wetenschappers hebben lang vermoed dat deze korte gammaflitsen worden veroorzaakt door botsende neutronensterren; sterren met een extreem hoge dichtheid, die ontstaan als een ster met een massa die acht tot dertig keer groter is dan die van onze zon explodeert en verandert in een supernova. Wanneer deze botsingen tussen neutronensterren plaatsvinden, verwachten wetenschappers een kilonova waar te nemen. Dit zijn als het ware de ’scherven’ die tijdens de botsing zijn ontstaan. Je moet dan denken aan zware elementen – zoals goud, platinum en uranium – die worden weggeslingerd. De heersende theorie is dat wanneer twee neutronensterren botsen, er uiteindelijk een zwart gat ontstaat.


Hubble
In de huidige studie analyseerden de onderzoekers met behulp van verschillende telescopen, waaronder ruimtetelescoop Hubble, de korte gammaflits GRB 200522A over het hele elektromagnetische spectrum; van radio tot röntgenstraling. En dit leidde tot enkele van de meest gedetailleerde – en verbijsterende – waarnemingen ooit voor dit soort extreme fenomenen. “Met Hubble kunnen we zoeken naar infraroodemissies die het gevolg zijn de vorming van zware elementen – zoals goud, platinum en uranium – die tijdens een botsing van neutronensterren ontstaan,” legt onderzoeker Edo Berger uit. “Verrassend genoeg vonden we veel helderdere infraroodemissie dan we ooit hadden verwacht.” De infraroodemissie die door Hubble werd gedetecteerd, was tien keer helderder dan voorspeld.

Kilonova
Dit betekent dus dat de onderzoekers hier een ontzettend heldere kilonova hebben gespot: de helderste kilonova-kandidaat ooit. En dat zet alle bestaande theorieën over wat er gebeurt in de nasleep van een gammaflits, op losse schroeven. “Deze waarnemingen passen niet bij de traditionele verklaringen voor korte gammaflitsen,” zegt onderzoeker Wen-fai Fong. “Het klopt gewoon niet. De infraroodemissies die we met Hubble hebben gevonden, waren veel te helder. We proberen eigenlijk alle puzzelstukjes van deze gammaflits in elkaar te schuiven, maar één puzzelstukje past niet.”

Zwart gat
De onderzoekers komen nu met verschillende theorieën op de proppen om de ongebruikelijke helderheid gedetecteerd door Hubble, te verklaren. En één daarvan is toch wel erg controversieel. Want volgens de onderzoekers zou het zomaar kunnen dat botsende neutronensterren mogelijk toch geen zwarte gaten voortbrengen. Berger neemt ons mee in zijn gedachtespinsel. “Wat blijft er achter bij een dergelijke botsing?” vraagt hij zich hardop af. “Een zwaardere neutronenster? Een zwart gat? Het feit dat we deze heldere infraroodemissie zien, toont aan dat er inderdaad korte gammaflitsen ontstaan door botsingen tussen neutronensterren. Maar verrassend genoeg zou het goed kunnen dat zo’n botsing mogelijk niet resulteert in het ontstaan van een zwart gat, maar er eerder een magnetar ontstaat.” De bevindingen wijzen dus op de mogelijkheid dat wanneer neutronensterren botsen, er een massieve, sterk gemagnetiseerde neutronenster geboren wordt; een magnetar genaamd. En het zou daarom zomaar kunnen dat deze magnetar voor de extra waargenomen energie zorgde, waardoor wij op aarde de helderste kilonova-kandidaat ooit detecteerde.


Meer over magnetars
Magnetars zijn in feite heel zeldzame neutronensterren: de supercompacte restanten van ontplofte zware sterren. Een neutronenster roteert snel, heeft een sterk magnetisch veld en een diameter van zo’n 20 kilometer, maar een massa groter dan de zon. Magnetars zijn jonge neutronensterren, met een uitzonderlijk krachtig magnetisch veld. Ze zijn vrij zeldzaam: tot op heden zijn er nog maar enkele tientallen van ontdekt.

Het laatste woord is hier nog niet over gezegd. Aankomende observatoria en telescopen zullen waarnemingen van soortgelijke gebeurtenissen verder ophelderen en meer duidelijkheid verschaffen over wat astronomen weten over kilonovae. NASA’s aankomende James Webb-telescoop zal hier in het bijzonder geschikt voor zijn. “Webb zal de studie naar soortgelijke fenomenen radicaal veranderen,” betoogt Berger. “Met zijn ongelofelijke infraroodgevoeligheid zal deze niet alleen dergelijke emissie op nog grotere afstanden kunnen detecteren, maar zal hij ook gedetailleerde spectroscopische informatie leveren die de aard van de infraroodemissie zal openbaren.”

Over James Webb
James Webb is de krachtigste ruimtetelescoop die ooit gebouwd is. Astronomen hopen dat deze meer inzicht geeft in het ontstaan van het universum. Tevens zal deze naar verwachting een grote rol gaan spelen in de zoektocht naar buitenaards leven; de telescoop kan de atmosfeer van exoplaneten uitpluizen en daarin zoeken naar signalen van leven. Ook heeft de telescoop onderzoek naar de nog altijd mysterieuze donkere materie, de totstandkoming van sterren en protoplanetaire systemen en het ontstaan van leven op zijn takenlijstje staan. James Webb wordt gezien als opvolger van de Hubble-ruimtetelescoop. Deze telescoop werd in 1990 gelanceerd en is nog altijd actief. Zo’n lang werkzaam leven staat James Webb niet te wachten. De telescoop is ontworpen om vijf tot tien jaar onderzoek te doen en zal in het gunstigste geval in ieder geval niet meer dan vijftien jaar meegaan.