Supercomputer ontrafelt anatomie van snelle gammaflitsers

Credit: NASA

Al sinds de jaren zestig worden door gammasatellieten af en toe kortstondige, puntvormige uitbarstingen van hoogenergetische gammastraling gezien. Er zijn twee types gammaflitsers, zoals deze uitbarstingen worden genoemd: de ‘langzame’ gammaflitsers, die langer dan twee seconden duren en de ‘snelle’ gammaflitsers, die zoals je wel kunt raden minder dan twee seconden duren. De langzame variant ontstaat als een zware ster explodeert als supernova en wiens kern tot zwart gat ineenklapt. Van de snelle variant had men het vermoeden dat deze het gevolg is als twee neutronensterren tegen elkaar knallen en versmelten tot een zwart gat. Dat vermoeden is deze week een stuk sterker geworden, want na zeven weken van simuleren met de Damiana computer cluster van het Albert Einstein Instituut in Potsdam (Duitsland) heeft men de anatomie van een snelle gammaflitser tot in de haarvezels kunnen volgen. De uiteindelijke simulatie laat zien dat die versmelting in maar liefst 35 milliseconden (!) plaatsvindt, 35 duizendste van een seconde. In de eerste 15 milliseconden smelten de neutronensterren tot één zwart gat. De volgende 11 milliseconden wordt het magnetische veld van de twee afzonderlijke neutronensterren versterkt door de roterende materie rondom het zwarte gat. Daarna worden twee straalstromen gevormd bij de polen van de rotatieas, waarlangs tenslotte de hoogenergetische gammastraling wordt uitgezonden. In de volgende video wordt dit allemaal getoond en uitgelegd:

Bron: New Scientist.

Tot welke afstand kan men naar ons kijken?

John Heise bij Huygens

Prof. John Heise, astrofysicus bij SRON en de Universiteit Utrecht, begon z’n lezing gisteravond bij Huygens met de simpele vraag hoe ver we in het heelal kunnen kijken als we op een avond naar de donkere hemel kijken. Die vraag is al eeuwen oud en net zo lang probeert men er een antwoord op te formuleren. Maar Heise voegde er een tweede vraag aan toe, die recentelijk op kwam naar aanleiding van nieuwe waarnemingen aan het uitdijende heelal: tot welke afstand in het heelal kan men óns zien? Deze twee simpel ogende vragen leidden tot een boeiend avondje, waarin Heise ons liet zien hoe sterrenkundigen met steeds geavanceerder apparatuur steeds verder weg in het heelal kunnen turen. Huidige recordhouder is UDFj-39546284, op een recordafstand van 13,2 miljard lichtjaar, zichtbaar op Hubble’s Ultra Deep Field (HUDF). Ons heelal is volgens de WMAP-gegevens 13,75 miljard jaar oud, dus dát stelsel was er al zo’n 480 miljoen jaar na de oerknal. Rekening houdens met de hoogst haalbare snelheid in het heelal, de lichtsnelheid c, zou je kunnen denken dat gezien vanaf de aarde onze ‘waarnemingshorizon’ een straal heeft van 13,75 miljard lichtjaar. De diameter van het waarneembare heelal zou dus het dubbele daarvan zijn. Met de bekende metafoor van het rijzende krentenbrood maakte Heise duidelijk dat wij daarbij wel de indruk hebben het centrum van het heelal zijn, maar dat dat geldt voor álle sterrenstelsels.

Afijn, om een kort verhaal lang te maken maakte Heise ons duidelijk dat de werkelijke waarnemingshorizon een stuk complexer in elkaar zit. Ten eerste omdat we niet in een statisch heelal leven, zoals Einstein zo graag wilde – die er zelfs een kosmologische constante tegenaan gooide om dat te bewerkstelligen – en ten tweede omdat de expansie van het heelal – in 1912 voor het eerst waargenomen door Vesto Slipher en ná­et door Edwin Hubble – steeds sneller blijkt te gaan. Dát het heelal expandeert weten we al bijna honderd jaar, maar dat die expansie versnelt werd pas in 1998 duidelijk na waarnemingen aan supernovae. Vermoedelijke oorzaak van die versnelling is de mysterieuze donkere energie, waarmee Einstein’s kosmologische constante in ere werd hersteld.

Credit: NASA

Afijn-II, om dit verhaal nog langer te maken, door de expansie van het heelal is tijdens die afgelopen 13,75 miljard jaar het heelal zelf in omvang gegroeid, resulterend in een waarneembaar heelal van maar liefst 93 miljard lichtjaar. En vanwege die versnelde expansie zal een sterrenstelsel buiten een straal van 10 miljard lichtjaar (roodverschuiving z=1,8) de aarde nooit kunnen zien, daarmee de tweede vraag van Heise beantwoordend. Afijn-slot, een boeiend maar ook best wel ingewikkeld avondje bij Huygens, die ieders ‘horizon’ weer een stukje verder weg heeft gebracht.

Donkere materie blijft onvindbaar, zelfs voor Xenon100

De ultragevoelige sensoren van Xenon100. Credit: XENON100  collaboration.

Zelf na honderd dagen van waarnemingen met de grootste donkere materie-detector ter wereld – de Xenon100 detector 1,4 km diep onder de rotsen van het San Grassogebergte in Italië – is men er niet in geslaagd een glimp op te vangen van een WIMP, een ‘weakly interacting massive particle’. Die deeltjes zouden volgens theoretici de donkere materie moeten uitmaken, het mysterieuze, onzichtbare spul dat 83% van alle materie in het heelal vormt – even afgezien van de donkere energie, die in nóg grotere hoeveelheden voorkomt.  In de Xenon100 detector zit een vat met 62 kg zuivere xenon en een WIMP-deeltje zou volgens de theorie héél af en toe in interactie kunnen komen met een xenon-atoom. In dat geval zou een foton en electrisch signaal worden geproduceerd met bepaalde eigenschappen, welke door gevoelige sensoren onderin het vat te zien zouden zijn. Die sensoren zie je hierboven op de foto. Probleem is dat ook andere processen een interactie met xenon op kunnen leveren, zoals kosmische deeltjes van buiten de aarde en het radioactieve verval van de aarde zelf. Om die eerste soort van vervuiling tegen te gaan, de kosmische straling dus, is men expres zo diep onder de grond gaan zitten. Afijn, de eerste waarnemingen van bijna 101 dagen, gedaan tussen januari en juni 2010, hebben drie ‘hits’ opgeleverd (zie de afbeelding hieronder, met daarin drie rood omcirkelde hits). Maar twee van de drie waren ruis, storende achtergrondsignalen en géén WIMP’s, aldus de betrokken natuurkundigen. Die derde zóu een WIMP kunnen zijn, maar het aantal is te weinig om er enige wetenschappelijke zekerheid aan te ontlenen. Betekent dit dat WIMP’s helemaal niet bestaan? Nee, dat betekent het niet. Het duidt er alleen op dat de huidige detectoren ze nog steeds niet kunnen zien. Het meest gangbare WIMP-model ging uit van een zogenaamd neutralino-deeltje, dat ongeveer 80 keer zo zwaar is als een proton. De waarnemingen met Xenon100 hebben die massa teruggebracht naar maximaal 50 GeV. Men is van plan een nog grotere detector te bouwen, waar een ton xenon in zit. Daarmee hoopt men wel een echte WIMP te kunnen vangen. Als je ‘t allemaal op je gemakje nog eens na wil lezen, hier is het wetenschappelijke artikel van het Xenon100-team over hun waarnemingen.

Credit: XENON100  collaboration.

Bron: Universe Today.