Lang geleden en ver in het heelal, een enorme uitbarsting van gammastraling ontketende in een halve seconde meer energie dan de zon zal produceren gedurende zijn volledige levensduur van 10 miljard jaar.

Na het bekijken van de ongelooflijk heldere burst met optische, röntgenfoto, nabij-infrarood en radiogolflengten, een door de Northwestern University geleid astrofysica-team gelooft dat het mogelijk de geboorte van een magnetar heeft gezien.

Onderzoekers geloven dat de magnetar werd gevormd door twee neutronensterren die samensmolten, die nog nooit eerder is waargenomen. De fusie resulteerde in een schitterende kilonova - de helderste ooit gezien - waarvan het licht uiteindelijk de aarde bereikte op 22 mei, 2020. Het licht kwam eerst als een explosie van gammastraling, een korte gammaflits genoemd.

"Als twee neutronensterren samensmelten, de meest voorkomende voorspelde uitkomst is dat ze een zware neutronenster vormen die binnen milliseconden of minder instort tot een zwart gat, " zei Wen-fai Fong van Northwestern, die de studie leidde. "Onze studie toont aan dat het mogelijk is dat, voor deze specifieke korte gammaflits, het zware voorwerp overleefde. In plaats van in te storten in een zwart gat, het werd een magnetar:een snel draaiende neutronenster met grote magnetische velden, het dumpen van energie in de omgeving en het creëren van de zeer heldere gloed die we zien."

Het onderzoek is geaccepteerd door The Astrofysisch tijdschrift en zal later dit jaar online worden gepubliceerd.

Fong is een assistent-professor natuurkunde en astronomie aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern en lid van CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics). Bij het onderzoek waren twee studenten betrokken, drie afgestudeerde studenten en drie postdoctorale fellows van Fong's laboratorium.

'Een nieuw fenomeen gebeurt'

Nadat het licht voor het eerst werd gedetecteerd door NASA's Neil Gehrels Swift Observatory, wetenschappers schakelden snel andere telescopen in, waaronder NASA's Hubble Space Telescope, de zeer grote array, de WM Keck Observatory en het Las Cumbres Observatory Global Telescope-netwerk - om de nasleep van de explosie en het gaststelsel te bestuderen.

Fongs team realiseerde zich al snel dat er iets niet klopte.

In vergelijking met röntgen- en radiowaarnemingen, de met Hubble gedetecteerde nabij-infraroodstraling was veel te helder. In feite, het was 10 keer helderder dan voorspeld.

"Toen de gegevens binnenkwamen, we vormden een beeld van het mechanisme dat het licht produceerde dat we zagen, " zei de mede-onderzoeker van de studie, Tanmoy Laskar van de Universiteit van Bath in het Verenigd Koninkrijk. "Toen we de Hubble-waarnemingen kregen, we moesten ons denkproces volledig veranderen, omdat de informatie die Hubble toevoegde ons deed beseffen dat we ons conventionele denken moesten opgeven en dat er een nieuw fenomeen gaande was. Daarna moesten we uitzoeken wat dat betekende voor de fysica achter deze extreem energetische explosies."

Magnetisch monster

Fong en haar team hebben verschillende mogelijkheden besproken om de ongebruikelijke helderheid te verklaren - bekend als een korte gammastraaluitbarsting - die Hubble zag. Onderzoekers denken dat korte uitbarstingen worden veroorzaakt door de samensmelting van twee neutronensterren, extreem dichte objecten rond de massa van de zon samengeperst tot het volume van een grote stad als Chicago. Hoewel de meeste korte gammaflitsen waarschijnlijk resulteren in een zwart gat, de twee neutronensterren die in dit geval zijn samengesmolten, hebben mogelijk samen een magnetar gevormd, een superzware neutronenster met een zeer krachtig magnetisch veld.

"Je hebt in feite deze magnetische veldlijnen die verankerd zijn aan de ster en die rond de 1 draaien. 000 keer per seconde, en dit produceert een gemagnetiseerde wind, Laskar legde uit. "Deze draaiende veldlijnen extraheren de rotatie-energie van de neutronenster gevormd tijdens de fusie, en deponeren die energie in de ejecta van de ontploffing, waardoor het materiaal nog helderder gaat gloeien."

"We weten dat magnetars bestaan ​​omdat we ze in onze melkweg zien, " Fong zei. "We denken dat de meeste van hen worden gevormd in de explosieve sterfgevallen van massieve sterren, deze sterk gemagnetiseerde neutronensterren achterlatend. Echter, het is mogelijk dat zich een kleine fractie vormt bij het samensmelten van neutronensterren. We hebben daar nog nooit eerder bewijs van gezien, laat staan ​​in infrarood licht, deze ontdekking speciaal maken."

Vreemd heldere kilonova

Kilonovae, die zijn meestal 1, 000 keer helderder dan een klassieke nova, zullen naar verwachting gepaard gaan met korte gammaflitsen. Uniek aan de samenvoeging van twee compacte objecten, kilonovae gloeien door het radioactieve verval van zware elementen die tijdens de fusie zijn uitgestoten, het produceren van felbegeerde elementen zoals goud en uranium.

"We hebben tot nu toe slechts één bevestigde en goed bemonsterde kilonova, " zei Jillian Rastinejad, een co-auteur van het papier en een afgestudeerde student in het laboratorium van Fong. "Dus het is vooral spannend om een ​​nieuwe potentiële kilonova te vinden die er zo anders uitziet. Deze ontdekking gaf ons de mogelijkheid om de diversiteit van kilonova's en hun overblijfselen te onderzoeken."

Als de onverwachte helderheid die Hubble zag, afkomstig was van een magnetar die energie deponeerde in het kilonova-materiaal, dan, binnen enkele jaren, het uitgeworpen materiaal van de burst zal licht produceren dat op radiogolflengten verschijnt. Vervolgradiowaarnemingen kunnen uiteindelijk bewijzen dat dit een magnetar was, wat leidt tot een verklaring van de oorsprong van dergelijke objecten.

"Nu we een zeer slimme kandidaat-kilonova hebben, "Rastinejad zei, "Ik ben enthousiast over de nieuwe verrassingen die korte gammaflitsen en fusies van neutronensterren voor ons in de toekomst in petto hebben."