Fusie waargenomen van neutronensterren waarbij tellurium en andere zware elementen ontstonden
Met behulp van een reeks telescopen op de grond en in de ruimte, waaronder de Webb Space Telescope, de Fermi Gamma Space Telescope en de Swift Space Telescope, hebben astronomen GRB 230307A waargenomen, de op één na helderste gammaflits ooit gezien, die werd veroorzaakt door een fusie van neutronensterren. In de nasleep van de explosie ontdekten de onderzoekers het zware chemische element tellurium (Te). Andere elementen zoals jodium (I) en thorium (Th) behoren waarschijnlijk ook tot het materiaal dat door de explosie wordt uitgestoten, ook wel een kilonova genoemd.
GRB 230307A, voor het eerst door Fermi ontdekt in maart 2023, is de op een na helderste gammaflits waargenomen in meer dan 50 waarnemingen, ongeveer 1000 keer helderder dan een typische gammaflits die Fermi waarneemt.
De gebeurtenis duurde ook 200 seconden, waardoor deze, ondanks de verschillende oorsprong, stevig in de categorie van langdurige gammaflitsen viel.
Volgens Dr. Eric Burns, astronoom aan de Louisiana State University en lid van het Fermi-team viel deze uitbarsting ver in de lange categorie.
Dankzij samenwerking van vele telescopen op de grond en in de ruimte konden wetenschappers een schat aan informatie over deze gebeurtenis verzamelen zodra de uitbarsting voor het eerst werd gedetecteerd.
Het is een voorbeeld van hoe satellieten en telescopen samenwerken om getuige te zijn van veranderingen in et heelal terwijl deze zich ontvouwen.
Na de eerste detectie kwam een intensieve reeks waarnemingen vanaf de grond en vanuit de ruimte waaronder met Swift, in actie om de bron aan de hemel te lokaliseren en te volgen hoe de helderheid ervan veranderde.
Deze waarnemingen in gammastraling, röntgenstraling, optisch, infrarood en radio toonden aan dat de optische/infrarode tegenhanger zwak was, snel evolueerde en erg rood werd – de kenmerken van een kilonova.
Dit type explosie is erg snel, waarbij het materiaal in de explosie zich ook snel uitbreidt. Terwijl de hele wolk uitdijt, koelt het materiaal snel af en wordt de plek van zijn licht zichtbaar in het infrarood en wordt hij roder op tijdschalen van dagen tot weken.
Later zou het onmogelijk zijn geweest om deze kilonova vanaf de grond te bestuderen maar dit waren de perfecte omstandigheden voor Webbs NIRCam en NIRSpec-instrumenten om deze tumultueuze omgeving waar te nemen.
Het spectrum vertoont brede lijnen die laten zien dat het materiaal met hoge snelheid wordt uitgeworpen, maar één kenmerk is duidelijk: licht dat wordt uitgezonden door tellurium (Te), een element dat op Aarde zeldzamer is dat platina.
Dankzij de zeer gevoelige infraroodmogelijkheden van de Webb konden astronomen het thuisadres identificeren van de twee neutronensterren die de kilonova produceerden – een spiraalstelsel op 120.000 lichtjaar afstand van waar de fusie plaatsvond.
Vóór de fusie waren het ooit twee normale massieve sterren die in hun spiraalstelsel een binair systeem vormden.
Omdat het duo door zwaartekracht was gebonden, werden beide sterren bij verschillende gelegenheden samen gelanceerd: toen een van het paar explodeerde als een supernova en een neutronenster werd, en toen de andere ster volgde.
In dit geval bleven de neutronensterren, ondanks twee explosieve schokken, een binair systeem en werden ze uit hun thuisstelsel verdreven.
Het paar reisde ongeveer het equivalent van de diameter van ons Melkwegstelsel voordat het enkele honderden miljoenen jaren later fuseerde.
Volgens Dr. Ben Gompertz, astronoom aan de universiteit van Birmingham, zorgde Webb voor een fenomenale impuls en kan de telescoop zelfs nog zwaardere elementen vinden.
Naarmate er meer waarnemingen volgen zullen de modellen verbeteren en kan het spectrum in de loop van de tijd meer evolueren.
De bevindingen van het team zijn in het tijdschrift Nature gepubliceerd.
Artikel: A. Levan et al. Heavy element production in a compact object merger observed by JWST. Nature, published online October 25, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-06759-1
Eerste publicatie: 28 oktober 2023
Bron: sci-news
