Om 22:49 uur West-Australische tijd op 2 februari van dit jaar, kosmische gammastraling raakt de NASA-satelliet, Snel, om de aarde draaien.

Binnen enkele seconden na de detectie, er werd automatisch een waarschuwing verzonden naar de Zadko-telescoop van de University of WA. Het veranderde in robotactie, het maken van foto's van de hemellocatie in het sterrenbeeld Ophiuchus.

Wat kwam er uit de duisternis, waar nog niets te zien was, was een snel oplichtende "optische transiënt", dat is iets dat voor een korte tijd zichtbaar is in de lucht.

De gebeurtenis, genaamd GRB170202, was een zeer energetische gammastraaluitbarsting (GRB). Na minder dan een minuut, de gammastralen uitgeschakeld, en de GRB verscheen als een oplichtend en vervolgens vervagend optisch baken.

De Zadko-telescoop legde de hele evolutie van de optische uitbarsting vast. Tijdens zijn grootste uitbarsting, GRB170202 was even helder als miljoenen sterren die samen op dezelfde locatie schitterden.

Ongeveer 9 uur en 42 minuten na de GRB, de Very Large Telescope in Chili verwierf het spectrum van het licht van de optische nagloed.

Hiermee kon een afstand tot de burst worden gemeten:zo'n 12 miljard lichtjaar. Het heelal is vier keer zo groot geworden als toen, 12 miljard jaar geleden, de tijd die het licht nodig had om de aarde te bereiken.

GRB170202 was zo ver weg, zelfs het gaststelsel was niet zichtbaar, gewoon duisternis. Omdat de GRB van voorbijgaande aard was, nooit meer te zien, het is alsof je een licht aandoet in een donkere kamer (het gaststelsel) en probeert de details in de kamer vast te leggen voordat het licht uitgaat.

Mysterie van gammastraaluitbarsting

De flits van gammastraling en de daaropvolgende optische transiënten zijn de veelbetekenende handtekening van de geboorte van een zwart gat na de catastrofale ineenstorting van een ster.

Dergelijke gebeurtenissen zijn zeldzaam en vereisen enkele speciale omstandigheden, waaronder een zeer massieve ster tot tientallen zonsmassa's (de massa van onze zon) die snel roteert met een sterk magnetisch veld.

Deze ingrediënten zijn cruciaal om twee jets te lanceren die door de instortende ster schieten om de gammastraaluitbarsting te produceren (zie animatie)

De dichtstbijzijnde analoge (en beter begrepen transiënte) van een GRB is een supernova-explosie van een instortende ster. In feite, sommige relatief nabije GRB's onthullen bewijs van een energetische supernova die verband houdt met de gebeurtenis.

Simulaties tonen aan dat de meeste instortende sterren niet genoeg energie hebben om een ​​GRB-jet te produceren, een zogenaamd "failure to launch"-scenario. Zowel observatie als theorie laten zien dat GRB's uiterst zeldzaam zijn in vergelijking met het voorkomen van supernova's.

De sterren die GRB's produceren, worden geboren en sterven binnen enkele tien- tot honderdduizenden jaren, in tegenstelling tot onze zon die al miljarden jaren bestaat.

Dit komt omdat zeer massieve sterren hun brandstof zeer snel opraken, en ondergaan een gewelddadige zwaartekrachtinstorting die leidt tot een zwart gat, op de tijdschaal van seconden.

Een overvloed aan malafide zwarte gaten

De snelheden van de vorming van zwarte gaten in het heelal kunnen worden afgeleid uit de GRB-snelheid. Op basis van het waargenomen GRB-percentage, er moeten elke dag duizenden geboorten van zwarte gaten plaatsvinden in het hele universum.

Dus wat is het lot van deze kosmische monsters? De meeste zullen op de loer liggen in hun gaststelsels, af en toe verslindende sterren en planeten.

Anderen zullen in een zwaartekracht-doodsdans zijn met andere zwarte gaten totdat ze opgaan in een enkel zwart gat met een uitbarsting van zwaartekrachtgolven (GW's), zoals de eerste ontdekking van een dergelijke gebeurtenis door de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

Een nieuw tijdperk

Aan de grens van het begrip van de vorming van zwarte gaten is de zoektocht naar een speciaal soort GRB dat de samensmelting (botsing) van twee neutronensterren markeert.

Zogenaamde "korte GRB's" zijn flitsen van gammastraling die minder dan een seconde duren en het "rokende geweer" kunnen zijn voor fusies van neutronensterren.

belangrijk, samensmeltende neutronensterren moeten door LIGO worden gedetecteerd aan de hand van hun zwaartekrachtstraling. Vandaar, een samenvallende detectie in gammastraling, optische en zwaartekrachtsgolven is een reële mogelijkheid.

Dit zou een monumentale ontdekking zijn die een ongekend inzicht geeft in de fysica van de vorming van zwarte gaten. De revolutie is als luisteren naar de radio op een ontvanger uit de jaren 1920 en vervolgens kijken naar een moderne high-definition surround sound-film.

Toekomstige uitdagingen

Gezien de bovenstaande snelheid van duizenden zwarte gaten die per dag worden gecreëerd, het lijkt erop dat samenvallende detectie van GRB's en zwaartekrachtsgolven een goed idee is.

Maar in werkelijkheid moeten we rekening houden met de beperkte gevoeligheid van alle telescopen (en detectoren). Dit reduceert het potentiële waarnemingspercentage tot enkele tientallen per jaar. Dit is hoog genoeg om een ​​wereldwijde strijd te inspireren om te zoeken naar de eerste samenvallende bronnen van zwaartekrachtgolven met elektromagnetische tegenhangers.

De taak is buitengewoon moeilijk omdat de observatoria voor zwaartekrachtgolven de locatie van de bron niet goed kunnen bepalen. Om dit tegen te gaan, een strategie van het zoeken naar samenvallende zwaartekrachtgolven en elektromagnetische detecties in de tijd kan de beste gok zijn.

De nieuw gefinancierde missie van het ARC Center of Excellence OzGrav is om de extreme fysica van zwarte gaten te begrijpen.

Een van de doelen is het zoeken naar optische, tegenhangers van radio en hoge energie die samenvallen met zwaartekrachtsgolven van het ontstaan ​​van zwarte gaten. Australië staat klaar om een ​​belangrijke rol te spelen in dit nieuwe tijdperk van "multi-messenger astronomie".

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.