Terwijl ESA's satelliet INTEGRAL de hemel observeerde, zag hij een uitbarsting van gammastraling (hoogenergetische fotonen) afkomstig van het nabijgelegen sterrenstelsel M82. Slechts een paar uur later zocht ESA's XMM-Newton röntgenruimtetelescoop naar een nagloed van de explosie, maar vond die niet.

Een internationaal team, waaronder onderzoekers van de Universiteit van Genève (UNIGE), realiseerde zich dat de uitbarsting een extragalactische uitbarsting moet zijn geweest van een magnetar, een jonge neutronenster met een uitzonderlijk sterk magnetisch veld. De ontdekking is gepubliceerd in het tijdschrift Nature .

Op 15 november 2023 zag ESA's satelliet INTEGRAL een plotselinge explosie van een zeldzaam object. Slechts een tiende van een seconde lang verscheen er een korte uitbarsting van energetische gammastraling in de lucht. "De satellietgegevens werden ontvangen in het INTEGRAL Science Data Center (ISDC), gebaseerd op de Ecogia-site van het UNIGE Astronomy Department, van waaruit een gammastraaluitbarstingswaarschuwing naar astronomen over de hele wereld werd gestuurd, slechts 13 seconden na de detectie ervan," legt Carlo Ferrigno uit, senior onderzoeksmedewerker bij de afdeling Astronomie van de UNIGE Faculteit Wetenschappen, PI van de ISDC en co-auteur van de publicatie.

De IBAS-software (Integral Burst Alert System) zorgde voor een automatische lokalisatie die samenviel met het sterrenstelsel M82, 12 miljoen lichtjaar verwijderd. Dit waarschuwingssysteem is ontwikkeld en wordt beheerd door wetenschappers en ingenieurs van UNIGE in samenwerking met internationale collega's.

Een merkwaardig signaal van een nabijgelegen sterrenstelsel

‘We realiseerden ons onmiddellijk dat dit een speciale waarschuwing was. Gammastraaluitbarstingen komen van ver weg en overal in de hemel, maar deze uitbarsting kwam van een helder nabijgelegen sterrenstelsel’, legt Sandro Mereghetti van het Nationaal Instituut voor Astrofysica (INAF-IASF) uit. ) in Milaan, Italië, hoofdauteur van de publicatie en medewerker van IBAS.

Het team verzocht ESA's XMM-Newton-ruimtetelescoop onmiddellijk om zo snel mogelijk een vervolgobservatie van de locatie van de uitbarsting uit te voeren. Als dit een korte gammastraaluitbarsting was geweest, veroorzaakt door twee botsende neutronensterren, zou de botsing zwaartekrachtsgolven hebben veroorzaakt en een nagloed hebben in röntgenstraling en zichtbaar licht.

De waarnemingen van XMM-Newton lieten echter alleen het hete gas en de sterren in de Melkweg zien. Met behulp van optische telescopen op de grond, waaronder de Italiaanse Telescopio Nazionale Galileo en het Franse Observatoire de Haute-Provence, zochten ze ook naar een signaal in zichtbaar licht, slechts een paar uur na de explosie, maar vonden opnieuw niets.

Omdat er geen signaal is in röntgenstraling en zichtbaar licht, en er geen zwaartekrachtgolven zijn gemeten door detectoren op aarde (LIGO/VIRGO/KAGRA), is de meest zekere verklaring dat het signaal afkomstig was van een magnetar.

Magnetars:megamagnetische sterren, onlangs dood

‘Als sterren die zwaarder zijn dan acht keer de zon sterven, exploderen ze in een supernova die een zwart gat of een neutronenster achterlaat. Neutronensterren zijn zeer compacte stellaire overblijfselen met meer dan de massa van de zon, verpakt in een bol ter grootte van het kanton Genève. Ze roteren snel en hebben sterke magnetische velden", legt Volodymyr Savchenko uit, senior onderzoeksmedewerker bij de afdeling Astronomie van de UNIGE Faculteit Wetenschappen, en co-auteur van de publicatie.

Sommige jonge neutronensterren hebben extra sterke magnetische velden, meer dan 10.000 keer zo groot als die van typische neutronensterren. Dit worden magnetars genoemd. Ze zenden energie uit in uitbarstingen, en af ​​en toe zijn deze uitbarstingen gigantisch.

In de afgelopen 50 jaar van gammastralingswaarnemingen zijn echter slechts drie gigantische uitbarstingen geïdentificeerd die afkomstig zijn van magnetars in onze Melkweg. Deze uitbarstingen zijn erg krachtig:een uitbarsting die in december 2004 werd gedetecteerd, kwam van 30.000 lichtjaar van ons vandaan, maar was nog steeds krachtig genoeg om de bovenste lagen van de aardatmosfeer te beïnvloeden, zoals de zonnevlammen, die van veel dichter bij ons komen, dat doen.

De door INTEGRAL gedetecteerde uitbarsting is de eerste stevige bevestiging van een magnetaruitbarsting buiten de Melkweg. M82 is een helder sterrenstelsel waar stervorming plaatsvindt. In deze gebieden worden massieve sterren geboren, die een kort, turbulent leven leiden en een neutronenster achterlaten. ‘De ontdekking van een magnetar in deze regio bevestigt dat magnetars waarschijnlijk jonge neutronensterren zijn’, zegt Savchenko.

De zoektocht naar meer magnetars zal worden voortgezet in andere extragalactische stervormingsgebieden, om deze buitengewone astronomische objecten te begrijpen. Als astronomen er nog veel meer kunnen vinden, kunnen ze gaan begrijpen hoe vaak deze uitbarstingen voorkomen en hoe neutronensterren daarbij energie verliezen.

INTEGRAL, een sleutelinstrument in een race tegen de klok

Uitbarstingen van zo'n korte duur kunnen alleen toevallig worden vastgelegd als een observatorium al in de goede richting wijst. Dit maakt INTEGRAL met zijn grote gezichtsveld, ruim 3.000 keer groter dan het door de maan bedekte hemelgebied, zo belangrijk voor deze detecties.

Ferrigno legt uit:"Ons automatische gegevensverwerkingssysteem is zeer betrouwbaar en stelt ons in staat de gemeenschap onmiddellijk te waarschuwen." Wanneer onverwachte waarnemingen als deze worden opgepikt, kunnen INTEGRAL en XMM-Newton flexibel zijn in hun schema's, wat essentieel is bij tijdcruciale ontdekkingen.

Als de waarnemingen in dit geval zelfs maar een dag later waren uitgevoerd, zou er niet zo'n sterk bewijs zijn geweest dat dit inderdaad een magnetar was en geen gammaflits.

Meer informatie: Een gigantische magnetarvlam in het nabijgelegen sterrenstelsel M82, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07285-4

Journaalinformatie: Natuur

Aangeboden door Universiteit van Genève