Ver melkwegstelsel doorgelicht met een gammaflits

Astronomen uit Nederland, Groot-Brittannië en Denemarken hebben uit metingen van de nagloeier van een gammaflits bewijzen gevonden voor het bestaan van waterstofmoleculen in een sterrenstelsel op 12 miljard lichtjaar afstand. De metingen werden verricht op 6 februari met twee telescopen op het eiland La Palma.

Dat verre melkwegstelsels waterstofmoleculen bevatten werd al wel verwacht, maar nog nooit was men erin geslaagd deze ook daadwerkelijk te meten met behulp van een gammaflits. De ontdekking van het internationale team wordt deze maand gepubliceerd in een artikel in Astronomy and Astrophysics.

Gammaflitsen zijn enorm heldere flitsen van gammastraling, die ongeveer 100 maal per jaar door satellieten worden waargenomen. Lange tijd was het een raadsel waar deze flitsen precies vandaan kwamen, en hoe ze werden gevormd. Na de ontdekking dat gammaflitsen 'nagloeiers' hebben (straling in bijvoorbeeld zichtbaar licht die vanaf de aarde bestudeerd kan worden) kwamen wetenschappers meer te weten. Inmiddels is ontdekt dat de zogenoemde 'lange' gammaflitsen afkomstig zijn van een speciaal type supernova op enorme afstanden. Nagloeiers van gammaflitsen worden razendsnel zwakker. Bij een snelle waarneming met een telescoop op aarde, is de nagloeier nog helder en daardoor makkelijker te bestuderen. Om snel te kunnen reageren is het Nederlandse gammaflitsteam van de Universiteit van Amsterdam een samenwerkingsverband aangegaan met collega's uit het Verenigd Koninkrijk en Denemarken.

Vroeg in de ochtend van 6 februari werd een gammaflits gedetecteerd door de Swift-satelliet. De satelliet stuurde de positie van de gammaflits meteen door naar de aarde. Op dat moment was het nacht op het eiland La Palma, waar veel Europese telescopen staan, en was het weer goed. Binnen 15 minuten richtten de Deense wetenschappers de NOT (Nordic Optical Telescope, met een spiegel van 2,5 meter) op de positie van de gammaflits. Daar werd direct een heldere nagloeier gevonden. Onmiddellijk na de ontdekking van de nagloeier werd een spectrum van de nagloeier genomen, om de afstand te bepalen. Ondertussen zorgden de Nederlandse en Britse wetenschappers dat de grotere William Herschel Telescope (WHT, met een spiegel van 4 meter) op de nagloeier gericht kon worden. Omdat deze telescoop groter is, kon een spectrum worden genomen met een hogere nauwkeurigheid dan het spectrum van de NOT. Deze waarneming begon al anderhalf uur na de gammaflits.

De verschillende eigenschappen van de spectra van WHT en NOT gaven de sterrenkundigen een uniek beeld van de omgeving van deze gammaflits. Zo konden de Deense onderzoekers de afstand tot de gammaflits meten uit hun spectrum: 12 miljard lichtjaar. Bestudering van deze nagloeier levert dus informatie op over de tijd dat het heelal nog erg jong was. Door de hoge nauwkeurigheid van het WHT-spectrum kon goed worden gemeten wat de chemische samenstelling is van het verre melkwegstelsel waar de gammaflits plaatsvond. De astronomen ontdekten dat zich in dit melkwegstelsel meer zware sterren bevinden (en hebben bevonden) dan gedacht. Klaas Wiersema, verbonden aan het Sterrenkundig Instituut Anton Pannekoek van de Universiteit van Amsterdam en lid van het Nederlandse gammaflitsteam, noemt dit resultaat “zeer verrassend”. Maar de grootste verassing kwam volgens Wiersema uit het blauwe deel van het spectrum. “In het WHT-spectrum vonden we bewijzen voor waterstofmoleculen. Dat die moleculen voorkomen in deze melkwegstelsels werd al wel verwacht, maar bewijs was er nog niet. Deze ontdekkingen laten de kracht zien van de internationale samenwerking tussen verschillende telescopen en het snel reageren op gammaflitsen. Met de detectie van waterstofmoleculen via een gammaflitsnagloeier hebben we een heel nieuwe manier gevonden om deze moleculen te vinden op zeer grote afstanden. Dit is vooral belangrijk omdat deze moleculen ons belangrijke informatie geven over de evolutie van melkwegstelsels”, aldus Wiersema.