Wat zijn gammaflitsen?

Als onze ogen gammastraling zouden kunnen waarnemen dan zouden we zien dat de nachtelijke sterrenhemel minimaal eenmaal per nacht oplicht door een heldere uitbarsting van licht. De flitsen zouden zó helder zijn dat ze tijdelijk alles, inclusief onze Zon, zouden overstralen. Deze gammaflitsen (Gamma Ray Burst oftewel GRB’s) zijn de krachtigste enkelvoudige gebeurtenissen in het heelal. Men denkt dat het signalen zijn uit de begintijd van het heelal toen de meest massieve sterren die er konden bestaan gewelddadig aan hun einde kwamen.

Gammaflitsen werden per toeval ontdekt doen men zoekende was naar een hele andere vorm van elektromagnetische uitbarstingen. In het begin van de jaren ’70 werd de Aarde door militaire satellieten in de gaten gehouden in het kader van de non-proliferatie verdragen tegen het gebruik van kernwapens die destijds werden afgesloten. Illegale kernproeven zouden zichtbaar zijn als gammaflitsen vanaf de grond. Maar er werden gammaflitsen ontdekt die helemaal niet van de Aarde afkomstig konden zijn!

Gedurende tientallen jaren werden er honderden explosies waargenomen maar de ware aard van deze explosies bleef een mysterie mede door het feit dat gammastralen heel lastig zijn waar te nemen. Het was onmogelijk om de exacte posities aan de sterrenhemel te lokaliseren. Ook hun kortstondige bestaan maakte het uitermate lastig ze te bestuderen. Tegen de tijd dat astronomen een telescoop richting gamma-flits konden richten was het te laat om nog iets waar te nemen.

Er waren astronomen die suggereerden dat de gammaflitsen werden veroorzaakt door zeer geavanceerde beschavingen! (Foto met GRB’s)

Kaart met gammaflitsen
Tussen 1991 en 2000 detecteerde het Burst and Transient Source Experiment (BATSE) aan boord van het Compton Gamma Ray Observatory dat zich in een baan om de Aarde bevond, meer dan2700 gammaflitsen. Onderstaande kaart toont de posities van al deze flitsen aan de sterrenhemel. Omdat de posities zich niet allemaal in het galactische vlak bevinden betekent dit dat hun oorsprong buiten ons eigen sterrenstelsel ligt. Het verschil in kleur geeft een verschil in helderheid weer. (Credit NASA)

Met de komst van geavanceerdere telescopen in de jaren 90 van de vorige eeuw nam de kennis over gamma-flitsers ook toe. Zo werd duidelijk dat ze niet plaatsvinden in ons eigen sterrenstelsel. Als gamma-flitsers voorkomen in ons eigen sterrenstelsel dan zouden ze zich voornamelijk in het galactische vlak manifesteren. De Compton Telescope toonde aan dat ze plaatsvonden verspreid over de hele sterrenhemel en astronomen realiseerden zich dat ze van ver buiten ons sterrenstelsel moesten komen. Nog betere telescopen die snel op een plotseling zichtbare gamma-flits gericht konden worden ontdekten een zwakke nagloed in het hele elektromagnetische spectrum. Iedere keer bleek dat de gamma-flits kwam uit de richting van een zeer ver weg gelegen sterrenstelsel. Deze sterrenstelsels zijn hele jonge sterrenstelsels met zeer actieve kernen waar veel sterren ontstaan. Perfecte plaatsen voor het ontstaan van zeer zware sterren.

Maar het licht van deze nagloed liet meer zien. Door de roodverschuiving te meten kon men de afstanden bepalen. Het licht van gammaflitsen bleek enorme afstanden te hebben afgelegd:meer dan de helft van de leeftijd van ons heelal! Gamma-flitsers behoren tot de meest verre objecten die we kunnen waarnemen. Maar als ze zich zo ver weg bevinden en dan toch nog zo helder kunnen zijn dan moet er wel een ongelooflijk grote hoeveelheid energie door deze gamma-flitsers worden geproduceerd.

De hoeveelheid energie die vrijkomt is gelijk aan de energie die vrijkomt als je alle materie van onze Zon in luttele seconden om zet in zuivere straling. Dat kan zelfs een supernova niet doen. Je hebt iets veel krachtigers nodig, een hypernova bijvoorbeeld.

De kern van een extreem zware ster kan tot een zwart gat ineen storten zonder dat er een supernova ontstaat. Bij de plotselinge verwijdering van de kern van de ster storten de buitenlagen in om het ontstane gat op te vullen. Als de ster erg snel om zijn as draait dan wordt alle opvallende materie gigantisch op gewerveld. Diep in het binnenste van de ster ontstaan een schijf. In de daaropvolgende draaikolk raakt superheet plasma verstrikt in sterk door elkaar gedraaide magnetische velden. Als een elektromagnetisch kanon worden er gigantische stralen van gas langs de polen van de ster de ruimte in geblazen. De tunnel door de ster heen dwingt de plasma stromen tot nauwe bundels waarbij de energie die bij de ineenstorting vrijkomt sterk wordt gefocusseerd.

Als een van de stralen richting de Aarde is gericht kunnen we die waarnemen als een heldere flits van gammastraling die na een paar seconden al weer weer snel zwakker wordt.

Artist ompression van een gammaflits
Artist impression van een gammaflits waarbij de energie van de exploderende ster wordt gefocusseerd langs twee jets vanaf de polen. We kunnen deze jets alleen waarnemen als ze richtig de Aarde zijn gericht. Credit: NASA/Swift/Mary Pat Hrybyk-Keith and John Jones (via Wikipedia)

Gamma-flitsers houden diverse records in de astronomie. Het meest verre object dat door astronomen is gezien is een uitbarsting waarvan het licht ongeveer net zo lang heeft gereisd als de leeftijd van het heelal. De ster die verantwoordelijk was voor deze gamma-flits stierf al kort na het ontstaan van de eerste sterren. Een andere gammaflits is verantwoordelijk voor de grootste energie uitbarsting die we kennen: 2,5 miljoen maal zo helder als de helderste supernova. Een supernova is gewoonlijk helderder dan een sterrenstelsel. In 2008 was gedurende 30 seconden het meest verre object met het blote oog zichtbaar: een gamma-flits op een afstand van 7,5 miljard lichtjaar.

Gelukkig vinden alle gammaflitsen plaatsen op veilige afstand van ons. In 2002 werd de meest nabije gammaflits gedetecteerd en dat was op een afstand van meer dan 1 miljard lichtjaar. Als er toch in ons sterrenstelsel een gammaflits zou afgaan dan zou dit gevolgen kunnen hebben voor het leven op Aarde. Een nabije gammaflits die op de Aarde is gericht kan leiden tot massaal uitsterven van leven op Aarde of zelfs het compleet steriliseren van de planeet.

Gelukkig zijn gammaflitsen heel erg zeldzaam. Berekeningen laten zien dat er per sterrenstelsel eentje per enkele miljoenen jaren voorkomt. Dat neemt niet weg dat de Aarde mogelijk in het verleden al meermalen is getroffen door een sterke uitbarsting van gammastraling. Men denkt zelfs dat een massale uitsterving 450iljoen jaar geleden is veroorzaakt door een nabije gammaflits.

Eta Carinae
De ster Eta Carinae bevindt zich op een afstand van 8000 lichtjaar in het sterrenbeeld Carina – Kiel, de ster is een extreem zware ster. De ster bevat ongeveer 150 zonsmassa’s aan materie en is gehuld in een cocon van gas en stof dat door de interstellaire winden van de ster wordt weggeblazen. Door zijn enorme massa wordt de ster door astronomen beschouwt als een kandidaat voor een gamma-flits in de nabije toekomst. De rotatie-as van de ster is niet richting de Aarde gericht dus vermoedelijk is er geen gevaar voor de planeet als et tot een gamma-explosie mocht komen.
Credit: Nathan Smith (University of California, Berkeley), and NASA (via Wikipedia)

 

Gamma-flitsers komen overal in het heelal voor. Ze zijn echo’s uit de tijd dat het heelal nog jong was, bakens van de gewelddadige implosies van gigantische sterren en ofschoon hun nagloed overal aan de sterrenhemel aanwezig is konden we ze tot voor kort niet waarnemen. Onze ogen kunnen lang niet alles waarnemen wat er zich in het heelal afspeelt. Zonder geavanceerde detectoren en telescopen zouden we een groot deel van het heelal helemaal niet kunnen onderzoeken. Wie weet wat we allemaal nog niet kunnen zien…

Eerste publicatie: 28 maart 2015
Laatste keer bewerkt op: 4 maart 2017