Dansende neutronensterren veroorzaken korte gammaflitsen

Wetenschappers denken de processen te begrijpen die gammaflitsuitbarstingen veroorzaken. Jonathan Grindlay (VS), Simon Portegies Zwart (UvA) en Stephen McMillan (VS) hebben aangetoond dat een deelpopulatie van deze gammaflitsen, de zogenoemde kortdurende gammaflitsen, ontstaan door stellaire ontmoetingen binnen bolvormige sterrenhopen.

"Circa een derde van alle kortdurende gammaflitsen zou kunnen zijn ontstaan in de sterrendans binnen bolvormige sterrenhopen", aldus Portegies Zwart.

Gammaflitsen zijn de krachtigste explosies in het heelal. In zeer korte tijd zenden ze reusachtige hoeveelheden straling uit. Decennialang was hun oorsprong een raadsel. Gammaflitsuitbarstingen zijn onder te verdelen in twee families. De ene soort is relatief langdurig, tot maximaal een minuut. Astronomen geloven dat deze lange ontstaan als een zware ster ontploft in een hypernova, een explosie nog krachtiger dan een supernova. De andere soort geeft veel kortere uitbarstingen, van slechts een paar seconden. Met name deze laatste soort is moeilijk te begrijpen en ook moeilijk waar te nemen.

In het wetenschappelijke werk beargumenteren Portegies Zwart en collegae dat deze korte flitsen ontstaan als twee neutronensterren op elkaar botsen. Deze botsing resulteert in de vorming van een zwart gat. Een dergelijke gebeurtenis zou met zo veel natuurgeweld gepaard gaan, dat de explosie tot aan de rand van het heelal zichtbaar is.

Het merendeel van de neutronensterren wordt geboren in melkwegstelsels waarin een wisselwerking tussen de sterren vrij zelden voorkomt. In dergelijke gevallen is het mogelijk dat twee neutronensterren bij elkaar in een dubbelster worden geboren. De dubbelster moet dan wel twee supernova's achter elkaar overleven. Uit berekeningen blijkt dat geen eenvoudige opgave; de meeste neutronensterren in de melkweg zijn daardoor slechts in hun eentje. Een enkele dubbele neutronenster kan beide supernova's overleven. Door invloed van de zwaartekrachtstraling zullen de neutronensterren naar elkaar toe bewegen om uiteindelijk op elkaar te botsen. Dit proces duurt miljarden jaren, en het is niet mogelijk gammaflitsen hiermee te verklaren.

Het onderzoek van Portegies Zwart en collegae richt zich op een heel andere omgeving, waarin de neutronensterren, na te zijn gevormd, door andere invloeden bij elkaar kunnen komen. Bolvormige sterrenhopen behoren tot de oudste objecten in het heelal, en zijn zeker geen plaats waar men sterexplosies zou verwachten. Echter, in een van deze hopen zitten de sterren zo dicht op elkaar gepakt dat er exotische dingen kunnen gebeuren. De onderlinge wisselwerking tussen de sterren kan er dan toe bijdragen dat neutronensterren juist bij voorkeur in een nauwe dubbelster terechtkomen. Dit gebeurt met name door uitwisseling van sterren in eerder gevormde dubbelsterren. Het resultaat is dat twee neutronensterren die oorspronkelijk niets met elkaar te maken hadden, toch bij elkaar in een dubbelster komen. Ze zullen gestaag dichter bij elkaar komen om uiteindelijk op elkaar te storten. Het resultaat hiervan is een geweldige explosie, die wij met satellieten in een baan om de aarde waarnemen als een gammaflits.

"In bolvormige sterrenhopen in de buurt van de zon kunnen wij de aankondigingen van de botsing al waarnemen. Er zijn verschillende exemplaren aan te wijzen waarvan we weten dat ze binnen afzienbare tijd werkelijk met elkaar in botsing komen", aldus Portegies Zwart.

De sterrenkundigen voerden miljoenen simulaties uit om te berekenen hoe vaak dubbele neutronensterren in bolvormige sterrenhopen op elkaar botsen. Deze berekeningen werden onder meer uitgevoerd op de nieuwe, gespecialiseerde supercomputer aan de Universiteit van Amsterdam: http://modesta.science.uva.nl/. De berekeningen lieten
zien dat 10 tot 30 procent van alle korte gammaflitsen op deze
wijze kan worden verklaard.

Het wetenschappelijke artikel is op 29 januari elektronisch
uitgegeven bij Nature Physics, en is beschikbaar via:
http://www.nature.com/nphys/index.html en
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512654