‘Dansende elektronen’ waargenomen in de gloed van botsende neutronensterren

Impressie van een hete wolk nagloeiend materiaal van twee botsende neutronensterren. Credit: NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER, CI LAB

Op 17 augustus 2017 werd met de LIGO en Virgo detectoren een zwaartekrachtgolf gedetecteerd die de aarde passeerde en die veroorzaakt werd door twee neutronensterren die met elkaar botsten en samensmolten in het elliptische sterrenstelsel NGC 4993 op 140 miljoen lichtjaar afstand – dat was zwaartekrachtgolf GW170817. Behalve die zwaartekrachtgolf werd er van die botsing ook elektromagnetische straling waargenomen, het hele spectrum van radiostraling tot gammastraling, en die uitbarsting werd een kilonova genoemd, eentje die de catalogusnaam AT 2017gfo kreeg. Dankzij die straling konden vele telescopen op aarde en in de ruimte de botsing zien. Naar die waarnemingen is al heel veel gekeken, maar recent is daar nieuws uit voortgekomen. Sterrenkundigen onder leiding Albert Sneppen van het Cosmic DAWN Center van het Niels Bohr Instituut in Kopenhagen (Denemarken) hebben namelijk gekeken of botsingen zoals die van GW170817 leiden tot de productie van elementen zwaarder dan ijzer. Het antwoord: ja dat doen ze inderdaad.

Impressie van een zwart gat ontstaan kort na de botsing van twee neutronensterren. Credit: O.S. SALAFIA, G. GHIRLANDA, CXC/NASA, GSFC, B. WILLIAMS ET AL

Kort na de botsing, waarbij een klein zwart gat werd gevormd, was het rond de plek van de botsing een paar miljard graden heet, wel duizend keer heter dan in de kern van de zon (waar het zo’n 15 miljoen graden is), een temperatuur die vergelijkbaar is met die van het heelal 1 seconde na de oerknal. Bij zo’n temperatuur zijn elektronen niet meer gebonden aan atoomkernen, maar bewegen ze zich vrij rond als ‘dansende elektronen’ in een geïoniseerd plasma. Zo’n plasma kende het heelal als geheel ook na de oerknal en dat duurde tot 370.000 jaar na de oerknal, toen de temperatuur door de uitdijing van het heelal tot 3.000K was gedaald en het ‘koud’ genoeg was om de elektronen weer te binden aan de atoomkernen. Dat proces hebben ze nu ook waargenomen in de nagloed van GW170817 en wel met telescopen in Australië en Zuid-Afrika en met de Hubble ruimtetelescoop. Met deze telescopen kon men zien dat er in de nagloed van de botsing strontium en yttrium ontstonden, twee zware elementen.

Meer hierover is te lezen in het vakartikel “Emergence hour-by-hour of r-process features in the kilonova AT2017gfo”, Sneppen, Watson, Damgaard, Heintz et al. (2024).

Bron: Niels Bohrinstituut.

Gerelateerde Astroblogs:

Aanwijzingen gevonden voor een nabije kilonova die 3,5 miljoen jaar geleden explodeerde Botsende neutronensterren kunnen wijzen op Nieuwe Natuurkunde, zoals axionen Hebben zwaartekrachtgolven het ontstaan van menselijk leven mogelijk gemaakt?