Noorderkroon Verslagen

De gloednieuwe NASA-satelliet 'Swift', uitgerust met apparatuur om gammaflitsen te meten, werd op 27 december 2004 volledig verblind. Een enorme gammaflits schoot van achteren dwars door de hele satelliet en afscherming naar de gammadetectoren, die gedurende een deel van een seconde totaal verblind werden. Als deze flits in zichtbaar licht was geweest dan zou hij korte tijd helderder zijn geweest dan de volle maan. Het is de helderste gammaflits ooit waargenomen.

Het gammaflitsteam van de Universiteit van Amsterdam onder leiding van professor Ralph Wijers werd onmiddellijk gewaarschuwd. In overleg met medewerkers van de Stichting Astronomisch Onderzoek Nederland (ASTRON) schakelden zij de Nederlandse radiotelescoop in Westerbork in om de naweeën van deze enorme gebeurtenis te bestuderen. Ook vele andere radiotelescopen in de wereld werden ingezet

"Het is een van de meest spectaculaire uitbarstingen die we tot nu toe hebben gezien en dus een extreme test voor ons begrip van deze zeldzame soort sterren," zegt professor Wijers. "Zoveel energie in een keer is zo ongewoon dat zo'n gebeurtenis zich hooguit eens in de 1000 jaar zou kunnen voordoen. Aangezien we pas 30 jaar met gamma-satellieten naar de hemel kijken is het wel heel bijzonder dat wij dit meemaken."

De gammaflits van 27 december was enorm sterk: hij maakte 1039 Joule vrij, 100 keer meer dan de twee eerder waargenomen superuitbarstingen. Waar hebben we het dan over? Onze zon, toch niet veel anders dan een permanente kernexplosie, doet er 150.000 jaar over om zoveel energie uit te stralen. Toch komt dat nog steeds niet in de buurt van de gammaflitsen die een ontploffende reuzenster (hypernova) produceert. Daarbij wordt dan ook een massa ter grootte van de zon compleet in 1 keer in energie omgezet. Hoe weet een bescheiden neutronenster ook maar een miljoenste van die energie te produceren?

Wat bleek toen de radiotelescopen op de heldere plek keken?  De gammaflits kwam uit onze eigen melkweg en was niet veroorzaakt door een ontploffende reuzenster – een zogenaamde – hypernova – maar door de neutronenster SGR 1806-20. "Het is een van de meest spectaculaire uitbarstingen die we tot nu toe hebben gezien en dus een extreme test voor ons begrip van dit zeldzame soort sterren," zegt professor Wijers. Dankzij deze waarnemingen hebben de astronomen het verhaal van een unieke explosie van een heel bijzonder object kunnen achterhalen. De schuldige stond al bekend bij sterrenkundigen onder de naam SGR 1806-20. (SGR staat voor 'Soft Gamma Repeater' (SGR) ofwel zachte gammaflikkeraar). SGR 1806-20 staat op 50.000 lichtjaar afstand in de buurt van het centrum van ons Melkwegstelsel. Van deze 'Soft Gamma Repeater' (SGR) zijn er vijf bekend. Ze worden gekenmerkt doordat ze perioden hebben waarin ze flitsen gammastraling afgeven. Die perioden worden afgewisseld met vele jaren waarin ze geen teken van activiteit vertonen. Een heel enkele keer geven ze een superflits af, die meer dan honderd keer feller is dan de normale flitsen. Tot nu toe zijn er slechts twee van gezien, eentje in 1979 en eentje in 1998. De flits van 27 december is de derde. Hij heeft dezelfde eigenschappen als de vorige superflitsen, maar met een groot verschil: hij is nog eens honderd keer zo sterk.

SGR's zijn een zeldzaam soort neutronensterren. Een neutronenster is het restant van een reuzenster die zich aan het eind van haar leven in een supernova uit elkaar scheurt. De kern stort onder zijn eigen gewicht in elkaar en vormt een bal neutronen van bijna 20 kilometer doorsnede. Een zeer compacte bal materie, zo groot als Brussel maar met evenveel massa als de zon. Deze neutronsterren draaien heel hard om hun as en bereiken daardoor een heel sterk magneetveld. Alleen in de buitenlaag vind je nog normale materie, voornamelijk ijzer. Men noemt het een”magnetar” Een magnetar is een zeldzaam type neutronenster. In onze complete melkweg met zijn vierhonderd miljard sterren zitten maar tien magnetars.

De magneetvelden van magnetars bereiken een kracht van miljarden Tesla. Het aardmagnetisch veld haalt nog geen tienduizendste Tesla en in een laboratorium scheurt een elektromagneet zichzelf uit elkaar als je de veldsterkte boven de 45 Tesla probeert op te drijven. Magnetars zijn de krachtigste magneten in het heelal. Hoe ze precies zulke enorme magneetvelden opwekken is niet duidelijk, maar misschien brengt de waarneming van SGR 1806-20 daar meer helderheid in. Er zijn ruim tien magnetars ontdekt en vijf daarvan zijn SGRs. De energie van de uitbarstingen van een SGR komt uit het sterke magneetveld, dat daardoor elke keer iets zwakker wordt.

"We denken dat de superuitbarstingen van gammaflikkeraars wel wat op zonnevlammen lijken", zegt Wijers. Zonnevlammen zijn explosies op de zon, die heet plasma de ruimte in slingeren. Ze ontstaan als magnetische veldlijnen van de zon in elkaar verstrengeld raken. Die veldlijnen zitten verankerd aan materiaal in de zonneatmosfeer, maar omdat die continu in beweging is, kunnen de veldlijnen in de knoop raken. Daarbij bouwt zich energie op, tot de veldlijnen zich herschikken en de energie plotsklaps vrijkomt.

Hoe weten we dit dan?

"Op een magnetar zit het veel sterkere magneetveld óók vast aan de ster, maar iets sterker aan de korst dan aan de kern." Bewegende veldlijnen zenden elektromagnetische straling uit; bij een magnetar is dat niet anders. Terwijl de ster rondtolt raakt het magneetveld energie kwijt als radiostraling. Die energie moet ergens vandaan komen en wel uit de beweging van de ster. Het voelt alsof de veldlijnen door stroop bewegen en ze willen dan ook afremmen. Door dat remmende effect komt er steeds meer kracht op de 'aansluitpunten' van de veldlijnen te staan.

"De magneetvelden trekken harder aan de korst van de magnetar dan aan de kern en op een gegeven moment barst de zaak", aldus Wijers. Magnetische veldlijnen komen los, herschikken zich en schokgolven trekken door de magnetar. Als de veldlijnen losklappen veroorzaken ze een intense flits gammastraling die een tiende seconde aanhoudt. Daarna volgen een paar honderd seconden met minder intense straling. "In het tweede deel van de uitbarsting zien we een schommeling van het signaal. De meeste straling komt vrij bij de magnetische polen van de magnetar, en die bewegen door de draaiing van de ster ritmisch naar ons toe en van ons af."
Tijdens de uitbarsting slingerde de magnetar ook een hoop materiaal de ruimte in. Dit materiaal verwijdert zich met de enorme snelheid van 100.000 kilometer per seconde, een derde van de lichtsnelheid, van de magnetar. Het is zeer heet en bevat ook magnetische velden. Door de combinatie van magneetveld en heet materiaal zendt het radiostraling uit en dit maakt het mogelijk om m.b.v. de Westerbork Synthese Radiotelescoop en andere radiotelescopen in de wereld metingen aan radiostraling te doen. en het uitgestoten materiaal te zien nagloeien en uitzetten. Zo'n steeds groter wordende wolk heet gas is nog niet eerder bij een gammaflits gezien. Ook is het oplichten van het gas uit de ruimte zichtbaar waar het door het weggeslingerde materiaal wordt geraakt en verhit. Uit de grootte en helderheid van deze radionevel kunnen de astronomen afleiden hoeveel energie er zit in het uitgestoten materiaal. Dit blijkt nog eens zoveel te zijn als in de gammastraling zelf.
De super gammaflits onderscheidt zich ook van de tientallen eerdere gammaflitsen, die in de afgelopen jaren zijn waargenomen. Deze flitsen komen van zeer grote afstanden uit het verre verleden van het heelal. Van een aantal van die flitsen is inmiddels duidelijk dat ze de sterfkreten zijn van zeer zware sterren. Van andere wordt vermoed dat ze veroorzaakt worden door botsende neutronensterren of het opslokken van complete sterren door zwarte gaten.

De super gammaflitser van december is er duidelijk een van een andere orde. Hij komt van een magnetar en staat kosmologisch gezien zo dichtbij, dat het voor het eerst mogelijk is om vele details van de uitbarsting te volgen. De superflits van deze magnetar zou ook wel eens een verklaring kunnen zijn voor een deel van de heel korte gammaflitsen, waarvan de oorsprong tot nu toe een raadsel is. Als zo'n superflits zich in een andere sterrenstelsel voordoet, zouden magnetars in die stelsels wel eens de oorsprong van die korte flitsen kunnen zijn.

 We kennen dus tot nu toe 3 typen sterachtige objecten waarbij gammaflitsen worden opgewekt. Het onderzoek is echter nog geen 50 jaar gaande en gezien de resultaten wordt verwacht dat er op kortere termijn nog erg veel nieuwe informatie te verwachten is .

Met dank aan Jan Hermans voor het presenteren van dit thema en de verslaggeving.