Verbeterd model toont gammastraling en goud bij samensmeltende neutronensterren

Een internationaal team van astrofysici onder Nederlandse leiding heeft met een verbeterd model aangetoond dat botsende neutronensterren gammastraling kunnen uitstoten. Oude modellen voorspelden dat niet en wankelden sinds de fusie van twee neutronensterren in 2017 waarbij gammastraling vrijkwam. De onderzoekers publiceren hun bevindingen in het vakblad The Astrophysical Journal.

Een momentopname van de simulatie van twee botsende neutronensterren. In de grijze streng die door de rode ring loopt, ontstaat gammastraling. In de blauwe zandlopervorm wordt mogelijk goud gevormd. (c) Philipp Mösta et al.
Een momentopname van de simulatie van twee botsende neutronensterren. In de grijze streng die door de rode ring loopt, ontstaat gammastraling. In de blauwe zandlopervorm wordt mogelijk goud gevormd. (c) Philipp Mösta et al.

De onderzoekers, onder leiding van Philipp Mösta (Universiteit van Amsterdam), voorzagen hun model van botsende neutronensterren met meer variabelen dan ooit. Ze hielden onder andere rekening met de relativiteitstheorie, met gaswetten, met magnetische velden, met kernfysica en met de effecten van neutrino's. De onderzoekers draaiden hun simulaties op de Blue Waters supercomputer bij de Universiteit van Illinois te Urbana-Champaign (Verenigde Staten) en op de Frontera supercomputer bij de Universiteit van Texas, Austin (Verenigde Staten).

In de simulatie ontstaat rond de gefuseerde neutronensterren een ring waaruit een dunne streng gammastraling omhoog en omlaag schiet. Die straling vindt vervolgens als een soort wervelwind zijn weg naar buiten langs de magnetische veldlijnen van de gefuseerde sterren. Verder beweegt vanuit de ring een zandloperachtige kegel naar boven en naar beneden. Daar vormen zich mogelijk zwaardere elementen zoals goud. Goud is, net als gammastraling, waargenomen bij de botsende neutronensterren in 2017 waarbij een kilonova ontstond.

Lees verder na het filmpje van de simulatie.

Filmpje van de simulatie van twee botsende neutronensterren. (c) Philipp Mösta et al.

Philipp Mösta (Universiteit van Amsterdam) leidde de nieuwe simulaties: "Dat van die gammastraling, is echt nieuw voor dit soort simulaties. Dat was in oude simulaties nog niet naar voren gekomen. De productie van zware elementen, zoals goud, was al wel gesimuleerd. Alleen, onze simulatie laat zien dat die zware elementen veel sneller bewegen dan eerder voorspeld. Onze simulatie komt dan ook beter overeen met wat astronomen waarnamen bij de fuserende neutronensterren in 2017."

De simulaties zijn niet alleen bedoeld om de waargenomen verschijnselen rond samensmeltende neutronensterren te verklaren. Ze dienen er ook voor om nieuwe verschijnselen te voorspellen. De onderzoekers willen hun model bijvoorbeeld verder verfijnen en uitbreiden zodat het ook overweg kan met grote sterren die aan het eind van hun leven als supernova ontploffen en met een botsing van een neutronenster met een zwart gat.

Wetenschappelijk artikel
"A magnetar engine for short GRBs and kilonovae". Philipp Mösta, David Radice, Roland Haas, Erik Schnetter, Sebastiano Bernuzzi. In The Astrophysical Journal, oktober 2020 (preprint)

English translation of this news release