Persbericht

Grootste explosies in het heelal worden gevoed door sterkste magneten

Magnetars voorzien sommige lange gammaflitsen van energie

8 juli 2015

Waarnemingen vanaf de ESO-sterrenwachten op La Silla en Paranal in Chili hebben voor het eerst het verband aangetoond tussen een zeer langdurige gammaflits en een ongewoon heldere supernova-explosie. De waarnemingen laten zien dat de supernova zijn energie niet ontleende aan radioactief verval, zoals verwacht, maar aan de geleidelijk zwakker wordende supersterke magnetische velden rond een exotisch object: een magnetar. De resultaten zullen op 9 juli 2015 in het tijdschrift Nature verschijnen.

Gammaflitsen zijn een gevolg van de grootste explosies sinds de oerknal. Ze worden gedetecteerd door telescopen die gevoelig zijn voor gammastraling. Deze telescopen draaien in een banen om de aarde, omdat deze hoogenergetische straling wordt tegengehouden door de aardatmosfeer. Vervolgwaarnemingen op langere golflengten worden gedaan met andere telescopen – zowel in de ruimte als op de grond.

Gammaflitsen duren doorgaans slechts een paar seconden, maar in zeer zeldzame gevallen houden ze urenlang aan [1]. Een van die lange gammaflitsen werd op 9 december 2011 opgemerkt door de Swift-satelliet en kreeg de aanduiding GRB 111209A. Het was niet alleen een van de langste gammaflitsen die ooit zijn waargenomen, maar ook een van de helderste.

Het nagloeien van deze gammaflits is waargenomen met het GROND-instrument van de 2,2-meter ESO/MPG-telescoop op La Silla en het X-shooter-instrument van de Very Large Telescope (VLT) op Paranal. Daarbij werd de duidelijke signatuur gedetecteerd van een supernova, die de aanduiding SN 2011kl kreeg. Het is voor het eerst dat er een supernova is ontdekt die verband houdt met een ultra-lange gammaflits [2].

De hoofdauteur van het nieuwe onderzoeksartikel, Jochen Greiner van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, Duitsland, legt uit: ‘Omdat maar één op de 10.000 tot 100.000 supernova’s een langdurige gammaflits produceert, moet de ster die ontplofte in enig opzicht bijzonder zijn. Astronomen gingen ervan uit dat deze gammaflitsen afkomstig waren van zeer zware sterren van ongeveer vijftig zonsmassa’s, en dat zij typerend waren voor het ontstaan van een zwart gat. Maar onze nieuwe waarnemingen van de supernova SN 2011kl, die na GRB 111209A is ontdekt, ondermijnen dit model voor ultra-lange gammaflitsen.’

Het gangbare scenario voor de ineenstorting van een zware ster (ook wel collapsar genoemd), stelt dat de energie voor het wekenlang nagloeien op zichtbare en infrarode golflengten wordt geleverd door het verval van het radioactieve nikkel-56 dat bij de supernova-explosie is vrijgekomen [3]. Maar de gecombineerde GROND- en VLT-waarnemingen hebben voor het eerst ondubbelzinnig aangetoond dat dit bij GRB 111209A niet het geval kan zijn [4]. Ook andere mogelijkheden konden worden uitgesloten [5].

De enige verklaring die past bij de supernova die op GRB 111209A volgde, is dat deze werd aangedreven door een magnetar, een kleine neutronenster die honderden keren per seconde om zijn as tolt en een veel sterker magnetisch veld heeft dan normale neutronensterren (ook wel pulsars genoemd [6]). Magnetars zijn voor zover bekend de sterkst gemagnetiseerde objecten in het heelal. Het is voor het eerst dat er zo’n duidelijk verband kon worden gelegd tussen een supernova en een magnetar.

Mede-auteur Paolo Mazzali gaat in op het belang van de nieuwe bevindingen: ‘De nieuwe resultaten vormen het betrouwbare bewijs voor een onvoorzien verband tussen gammaflitsen, zeer heldere supernova’s en magnetars. Met sommige van deze relaties werd op theoretische gronden al enkele jaren rekening gehouden, maar dat ze allemaal verband met elkaar houden is een spannende nieuwe ontwikkeling.’

‘Het geval SN 2011kl/GRB 111209A dwingt ons om een alternatief te bedenken voor het collapsar-scenario. Deze ontdekking brengt ons veel dichter bij een nieuw en duidelijker beeld van de werking van gammaflitsen,’ besluit Jochen Greiner.

Noten

[1] Normale lange gammaflitsen duren 2 tot 2000 seconden. Er zijn tot nu toe vier gammaflitsen bekend die 10.000 tot 25.000 seconden aanhielden. Deze laatste worden ultra-lange gammaflitsen genoemd. Er bestaat ook een afzonderlijke klasse van kortere gammaflitsen, die waarschijnlijk op geheel andere wijze ontstaan.

[2] Het verband tussen supernova’s en (normale) lange gammaflitsen werd voor het eerst in 1998 gelegd, voornamelijk dankzij waarnemingen op ESO-sterrenwachten van de supernova SN 1998bw. De definitieve bevestiging kwam in 2003 met GRB 030329.

[3] Vermoed wordt dat de gammaflits zelf wordt aangedreven door de relativistische jets die ontstaan wanneer stermaterie via een hete, dichte accretieschijf op het centrale compacte object neerstort.

[4] De hoeveelheid nikkel-56 die het GROND-instrument in de supernova heeft gemeten, is veel te groot om verenigbaar te zijn met de sterke ultraviolette straling die met het X-shooter-instrument is waargenomen.

[5] Een van de energiebronnen die voor de verklaring van superheldere supernova’s is aangedragen, is de schokinteractie met materie in de omgeving die vóór de explosie door de ster is uitgestoten. Een andere mogelijkheid is dat de voorloper van de supernova een blauw superreus was – een zeer zware, hete ster. In het geval van SN 2011kl sluiten de waarnemingen deze beide mogelijkheden uit.

[6] Pulsars vormen de meest voorkomende klasse van waarneembare neutronensterren. De magnetische velden van magnetars zijn honderd tot duizend keer zo sterk als die van pulsars.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden het artikel ‘A very luminous magnetar-powered supernova associated with an ultra-long gamma-ray burst’ van J. Greiner et al., dat op 9 juli 2015 in het tijdschrift Nature verschijnt.

The onderzoeksteam bestaat uit Jochen Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland [MPE]; Excellence Cluster Universe, Technische Universität München, Garching, Duitsland), Paolo A. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, VK; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Duitsland [MPA]), D. Alexander Kann (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Duitsland), Thomas Krühler (ESO, Santiago, Chili) , Elena Pian (INAF, Institute of Space Astrophysics and Cosmic Physics, Bologna, Italië; Scuola Normale Superiore, Pisa, Italië), Simon Prentice (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, VK), Felipe Olivares E. (Departamento de Ciencias Fisicas, Universidad Andres Bello, Santiago, Chili), Andrea Rossi (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Duitsland; INAF, Institute of Space Astrophysics and Cosmic Physics, Bologna, Italië), Sylvio Klose (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Duitsland), Stefan Taubenberger (MPA; ESO, Garching, Duitsland), Fabian Knust (MPE), Paulo M.J. Afonso (American River College, Sacramento, California, VS), Chris Ashall (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, VK), Jan Bolmer (MPE; Technische Universität München, Garching, Duitsland), Corentin Delvaux (MPE), Roland Diehl (MPE), Jonathan Elliott (MPE; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, VS), Robert Filgas (Institute of Experimental and Applied Physics, Czech Technical University in Prague, Praag, Tsjechië), Johan P.U. Fynbo (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, University of Copenhagen, Denemarken), John F. Graham (MPE), Ana Nicuesa Guelbenzu (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Duitsland), Shiho Kobayashi (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, VK), Giorgos Leloudas (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, University of Copenhagen, Denemarken; Department of Particle Physics & Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israël), Sandra Savaglio (MPE; Universita della Calabria, Italyië), Patricia Schady (MPE), Sebastian Schmidl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Duitsland), Tassilo Schweyer (MPE; Technische Universität München, Garching, Duitsland), Vladimir Sudilovsky (MPE; Harvard-Smithonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, VS), Mohit Tanga (MPE), Adria C. Updike (Roger Williams University, Bristol, Rhode Island, VS), Hendrik van Eerten (MPE) en Karla Varela (MPE).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. 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 specifiek 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. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO 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

•  Foto's van de VLT

•  Informatie over het GROND-instrument

Contact

Jochen Greiner
Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik
Garching, Germany
Tel: +49 89 30000 3847
E-mail: jcg@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mob: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media