Mysterieus astronomisch signaal gedetecteerd afkomstig uit het centrum van de Melkweg

Astronomen hebben een bijzondere radiobron gedetecteerd afkomstig uit het centrum van de Melkweg. Het signaal lijkt zich in een willekeurig patroon te herhalen en kan vooralsnog niet toegekend worden aan enig ander bekend astronomisch object als pulsars of magnetars. Het astronomisch team o.l.v. Ziteng Wang meent dat men hier te maken heeft met een nieuw astronomisch object dat nog het meest weg heeft van een Galactic Center Radio Transient. Data verzameld in 2019 door ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder) werd gebruikt voor dit onderzoek, zie de resultaten hiervan in ArXiv. De ASKAP scant de hemel op verschillende radiobronnen die geassocieerd worden met pulsars, magnetars, supernovae, en gamma uitbarstingen, maar het betreffend signaal kwam niet overeen met een van deze objecten. ASKAP J173608.2-321635 is het object genoemd en het is in minder dan twee jaar tijd 17 keer gedetecteerd. Hoofd-auteur van de studie Ziteng Wang stelt: “De vreemdste eigenschap van deze bron is dat deze sterk gepolariseerd is.” En vervolgt: “Ons oog kan geen onderscheid maken tussen circulair gepolariseerd licht en ongepolariseerd licht, maar ASKAP “Onze ogen kunnen geen onderscheid maken tussen circulair gepolariseerd licht en ongepolariseerd licht, maar ASKAP heeft het equivalent van een gepolariseerde zonnebril om het uit te filteren. Dit soort bronnen zijn echt zeldzaam, meestal vinden we slechts 10 van de duizenden bronnen gepolariseerd in één waarneming. “Mysterieus is ook de onregelmatigheid van de radiosignalen. De helderheid van deze bron kan drastisch veranderen en in één dag afnemen, maar soms kan het een paar weken aanhouden.”

Deze opname, gemaakt door MeerKAT, toont een gebied van 1000 x 500 lichtjaar van het centrum van de Melkweg, waar hoe helderder de plek, hoe helderder het radiosignaal Credits; Square Kilometer Array Africa

Het team heeft in 2020 m.b.v. de Parkes-telescoop naar de bron gezocht, maar vond niets. Beter resultaat verkreeg met van MeerKAT in Zuid-Afrika, waarbij men enkele keer het signaal waarnam. Op 7 februari 2021 keerde het signaal opnieuw terug. Ook in april dit jaar werd het opgepikt, nu met de Australische ATCA (Australian Telescope Compact Array). Een bijzonder intrigerend gegeven is dat voor 2019 de bron nooit eerder werd waargenomen. Het team controleerde archiefgegevens van verschillende telescopen, waaronder de Very Large Array (VLA) en ATCA, maar vóór april 2019 was er op die plek nog nooit iets gezien. Het heeft veel cross-over kenmerken met bekende astronomische objecten maar het past niet perfect in één profiel. Zou het een ‘Flare star’ kunnen zijn, echter aldus Wang, is het radiosignaal van deze bron hiervoor veel te veel, en dan om zo een sterfakkel te zijn, en zou het ook in het infrarood spectrum zichtbaar moeten zijn wat niet het geval is. Een pulsar misschien? Deze dichte objecten vormen zich nadat een massieve ster instort, en terwijl ze snel ronddraaien, sturen ze pulsen van elektromagnetische straling. Een pulsar zou de intermitterende aard, polarisatie en variërende helderheid van dit signaal kunnen verklaren – maar pulsars hebben de neiging om te knipperen in een voorspelbaar tijdsbestek van seconden of milliseconden. De nieuwe bron is echter willekeurig en kan wekenlang ‘aan’ blijven.

MM-Newton  Magnetar SGR 0418+5729 Credits; ESA/ATG medialab

Het meest aannemelijk lijkt een Galactic Center Radio Transients (GCRT’s). Dit zijn kortstondige flitsende radiosignalen die afkomstig zijn van nabij het centrum van de Melkweg – allemaal kenmerken van de nieuwe detectie. Maar ook hiervan is nog niet zoveel bekend. Wang stelt: “GCRT’s zijn nog steeds een mysterie”, en vervolgt, “Ze [GCRT’s] gaan onregelmatig aan en uit, ze zijn sterk gepolariseerd en er is niets in röntgen of optisch. Aangezien de bron zich dicht bij het Galactische Centrum bevindt, zou deze bron een nieuwe GCRT kunnen zijn. De tijdschaal van de uitbarsting van deze bron komt echter niet overeen met die voor GCRT’s. [En] ze worden ontdekt in lagere frequenties. Echter is tot op heden niet bekend of alle GCRT’s een gemeenschappelijke oorsprong hebben.” Het team stelt dus dat deze bron enig in zijn soort is, wat zou kunnen leiden tot een geheel nieuwe klasse van astronomische objecten. Wang speculeert dat het een pulsar zou kunnen zijn met een ultralange rotatieperiode, maar dat zou hem heel anders maken dan alle bekende pulsars, een GCRT lijkt vooralsnog de beste optie. Bronnen: ScienceAlert, New Atlas, Arxiv.

Voor het eerst korte gammaflits waargenomen veroorzaakt door supernova van zware ster

Impressie van een gammaflits met twee gammajets. Credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

Gammaflitsen (Engels: Gamma Ray Bursts, GRB’s) zijn kortdurende uitbarstingen van hoogenergetische gammastraling, waarbij ze in korte tijd meer energie uitspuwen dan de zon in z’n hele leven van tien miljard jaar zal produceren. Ze zijn er in twee categorieën: de korte gammaflitsen (< 2 seconden) en de lange gammaflitsen (> 2 seconden tot enkele minuten). Van de korte gammaflitsen was altijd het beeld dat die ontstaan doordat twee neutronensterren tegen elkaar botsen en dat ze dan samensmelten tot één zwart gat, terwijl de lange gammaflitsen ontstaan doordat zeer zware sterren als supernova exploderen en hun kern inkrimpt tot zwart gat. Maar daar is nu een uitzondering op gevonden. Want sterrenkundigen hebben met behulp van de Gemini telescoop op Hawaï een korte gammaflits gedetecteerd, die maar 0,6 seconde duurde, die onmiskenbaar veroorzaakt werd door de uitbarsting van een zware ster en niet door botsende neutronensterren. Het betreft GRB 200826A, die op 26 augustus 2020 werd waargenomen door diverse instrumenten, waaronder NASA’s Fermi röntgenruimtetelescoop. De gammaflits bleek te hebben plaatsgevonden in een sterrenstelsel op 6,6 miljard lichtjaar afstand van de aarde, in jaren uitgedrukt pakweg de helft van de leeftijd van het heelal.

Ontdekingsfoto van de nagloed van GRB 200826A (in het midden te zien). Credit: ZTF and T. Ahumada et al., 2021

Een team van sterrenkundigen onder leiding van Tomás Ahumada (Universiteit van Maryland) bekeek het sterrenstelsel met behulp van de Gemini Multi-Object Spectrograph verbonden aan de Gemini North telescoop op Hawaï 28, 45 en 80 dagen na de gammaflits. Met dat instrument was men in staat om in het verre sterrenstelsel in te zoomen op de plek waar GRB 200826A precies stond. Daaruit kwam naar voren dat GRB 200826A veroorzaakt moet zijn doordat een zware ster als supernova explodeerde en waarvan de uitbarsting van gammalicht het maximum vormde. Men denkt dat GRB 200826A een soort van vermomde supernova-gammaflits was, eentje eigenlijk langer had moeten duren. Daarin zal GRB 200826A niet de enige zijn en dat verklaart meteen waarom er meer Type Ic-BL supernovae [1]Zie hier mijn overzicht van de verschillende typen van supernovae. worden waargenomen, hét type supernova dat geassocieerd wordt met lange gammaflitsen, dan lange gammaflitsen. De sterrenkundigen denken dat de twee jets of straalstromen van de exploderende ster, die de gammastraling bevatten, in sommige gevallen moeilijk door kunnen dringen door de buitenlagen van de ster en dat de gammauitbarsting dan gereduceerd wordt tot een korte flits.

Hier het vakartikel over de waarnemingen aan deze bijzondere korte gammaflits, te verschijnen in Nature Astronomy. Bron: Noirlab.

References[+]

References
1 Zie hier mijn overzicht van de verschillende typen van supernovae.

Astrofysici ontdekken 14 kandidaat-‘antisterren’ in onze Melkweg

Een team astrofysici van het IRAP, het Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, te Toulouse, heeft o.l.v. Simon Dupourqué en Peter van Ballmoos, onderzoek gedaan naar mogelijke sterren opgebouwd uit antimaterie of kortweg ‘antisterren’ (Fr. ‘antietoiles’) in onze Melkweg. Het team identificeerde enkele signalen die duiden op sterren opgebouwd uit antimaterie en men berekende hoeveel er zich in onze Melkweg zouden kunnen bevinden. Sterren die volledig bestaan uit antimaterie klinkt als sciencefiction. Het is bekend dat de botsing tussen antimaterie en materie gammastraling produceert, de meest energetische vorm van straling. Daarom gebruikte het team van IRAP data van de Fermi Gamma-ray ruimtetelescoop om het maximale aantal antisterren in onze Melkweg te schatten. De resultaten van IRAP-onderzoek zijn op 28 april j.l. gepubliceerd in Physical Review D. Antimaterie is de tegenhanger van ‘gewone’ (baryonische) materie, elk elementair deeltjes heeft zijn antideeltje, zijn fysische eigenschappen zijn hetzelfde, alleen de elektrische lading is tegegesteld. Als een materiedeeltje op zijn tegenhanger botst, heffen ze elkaar op, dit resulteert in een enorme uitbarsting van energie. Antimaterie lijkt zeldzaam, er zijn bv weinig positronen (antideeltje van het elektron) en antiprotonen gedetecteerd, o.a. bij natuurljke fenomenen als bolbliksems of plasmajets van neutronensterren en kunstmatige productie vindt plaats in de LHC. Toch zouden beide toestanden van materie in gelijke hoeveelheden bij de oerknal moeten zijn gemaakt, maar materie lijkt dominant.
Lees verder

Tussenmaat zwart gat ontdekt door de zwaartekrachtlens van een gammaflits

Impressie van het zwarte gat dat fungeert als lensstelsel van een gammaflits in het vroege heelal. Credit: Carl Knox, OzGrav.

Zwarte gaten zijn er in diverse groottes, variërend van (vooralsnog hypothetische) mini-zwarte gaten uit de oerknal via stellaire zwarte gaten tot en met de superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels. Tussen de stellaire zwarte gaten (van ca. 5 tot enkele tientallen keren de massa van de zon) en de superzware zwarte gaten (van miljoenen tot miljarden keren de massa van de zon) zit een tussenmaat zwart gat, de zogeheten intermediate black holes (IMBH’s, duizenden keren zo zwaar als de zon). Er zijn al meerdere van die tussenmaatjes ontdekt, maar het blijft toch altijd nog een lastig te vinden categorie. Maar nu is er eentje ontdekt op een bijzondere manier: het zwarte gat fungeerde als zwaartekrachtlens voor een gammaflits (GRB 950830), die zich in het vroege heelal voordeed en die slechts een halve seconde duurde en een enorme stoot gammastraling de ruimte in stuurde. Het waren twee botsende en samensmeltende sterren die de gammaflits veroorzaakten. Die gammaflits op zich was niet zo bijzonder, maar wel wat er met de gammastraling gebeurde die naar de aarde toekwam: de passeerde onderweg het zwarte gat, dat zich bevindt in een sterrenstelsel precies tussen GRB 950830 en de aarde gelegen. Door de zwaartekrachtwerking van het zwarte gat werd de gammastraling naar twee kanten uit verbogen (zie afbeelding bovenaan) en dat zorgde er voor dat er niet één gammaflits te zien was, maar twee. Onderzoek door James Paynter (University of Melbourne) en z’n team laat nu zien dat het zwarte gat in kwestie een massa moet hebben van 55.000 keer de massa van de zon (betrouwbaarheid 90%), een perfect voorbeeld van zo’n IMBH. Op basis van deze waarneming kon men ook een inschatting maken van de dichtheid van de tussenmaatjes zwarte gaten in het heelal: in de buurt van het Melkwegstelsel zouden er volgens de onderzoekers zo’n 46.000 moeten voorkomen. Hier het vakartikel over de ontdekking van deze tussenmaat zwarte gat, verschenen in Nature Astronomy. Bron: Universiteit van Melbourne.

Russische astrofysici onderzoeken wormgat-kandidaten tussen actieve galactische kernen

Een team Russische astrofysici o.l.v. Mikhail Piotrovich verbonden aan het Centraal Astronomisch Observatorium, Pulkovo, St. Petersburg, heeft de hypothese geopperd dat ongewone hoogenergetische gammaflitsen mogelijk zouden kunnen onthullen dat wat supermassieve zwarte gaten (SMBH’s) lijken, in werkelijkheid wormgaten blijken te zijn. Bij deze nieuwe zoekmethode voor potentiële wormgaten, detectie aan de hand van ongebruikelijke gammaflitsen, stelt Piotrovich en zijn team dat deze supermassieve zwarte gaten feitelijk de ‘ingang’ of ‘mond’ vormen tot deze wormgaten. Een wormgat, ook bekend als Einstein-Rosenbrug, is een hypothetische mogelijkheid om binnen ruimtetijd sneller dan het licht te reizen, ze vormen a.h.w. speculatieve bruggen tussen verre locaties in de ruimte, en bieden zo een potentiële kosmische snelkoppeling naar bestemmingen die met andere middelen onbereikbaar zouden zijn. Hoewel wormgaten worden voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie, moet hun bestaan i.t.t. zwarte gaten, nog empirisch worden bewezen. Toch lijken ze in veel opzichten op elkaar. Beide soorten objecten zijn extreem compact en bezitten een buitengewoon sterke aantrekkingskracht. Het belangrijkste verschil is dat objecten uit zwarte gaten, na het passeren van de waarnemingshorizon van het zwarte gat – de drempel waar de snelheid die nodig is om aan de zwaartekracht van het zwarte gat te ontsnappen groter is dan de snelheid van het licht – niet meer kunnen ontsnappen terwijl elk object dat een wormgat binnengaat, in theorie van koers zou kunnen veranderen.

Lees verder

Is er een verband tussen gammaflitsers (GRB’s) en snelle radioflitsen (FRB’s)?

Impressie van een magnetar. Credits: M. Weiss/CfA.

Toeval bestaat niet, zeggen ze wel eens. En dat lijkt nou ook op te gaan voor de vraag of er een verband is tussen gammaflitsers (Engels: Gamma Ray-Bursts, GRB’s) en snelle radioflitsen (Fast Radio Bursts, FRB’s). Gisteravond werd die vraag gesteld tijdens de zeer interessante online versie van Astronomy on Tap (AoT Leiden, normaal gesproken één keer per maand live IN een bar in Leiden) en de sterrenkundige Emily Petroff beantwoordde de vraag – zie de video hieronder vanaf 1h22m50s (sowieso het bekijken van de gehele video waard).

Antwoord van Petroff: het zou kunnen, maar we weten het niet. En nu, één dag na de AoT lees ik op de ArXiver dit binnengekomen vakartikel:

Is GRB 110715A the progenitor of FRB 171209? X. Wang, L. Li, Y. Yang, et. al.

Tsjonge, hoe bestaat het, zo kort na elkaar. In het artikel zeggen ze dat er mogelijk twee waarnemingen zijn gedaan van een GRB en een FRB die dezelfde bron hebben. De onderzoekers onderzochten 110 FRB’s en 1440 GRB’s en daarbij keken ze vooral of er een ruimtelijk verband is, of ze op dezelfde lokatie aan de hemel plaatsvonden. Bij eentje is dat geval gevonden, bij FRB 171209, ontdekt met de Parkes radiotelescoop in Australië, en de langdurende GRB 110715A. De GRB vond plaats op 11 juli 2015, de FRB was op 12 september 2017. Nee, een kortstondige uitbarsting op hetzelfde moment was er niet, maar wel eentje vanuit dezelfde lokatie, een sterrenstelsel met een roodverschuiving van z=0,82 (7 miljard lichtjaar afstand). Het verband tussen de twee gebeurtenissen is statistisch niet erg hard (tussen 2,28 en 2,55 sigma, pas vanaf 5 sigma is sprake van een bewijs), maar mocht het verband er daadwerkelijk zijn dan denken ze dat de magnetar die de GRB veroorzaakte, óók de FRB heeft veroorzaakt. Bron: ArXiver.

NASA selecteert vier wetenschapsmissies naar kosmische explosies

NASA heeft zijn fiat gegeven voor vier voorstellen voor wetenschapsmissies die studie gaan doen naar kosmische explosies, het puin dat ze achterlaten en hoe ze de atmosfeer van planeten zouden kunnen beïnvloeden. In 2021 worden hier weer twee voorstellen uit geselecteerd welke mogelijk gelanceerd worden in 2025. De voorstellen vallen onder het Explorers programma van NASA. Het Explorers-programma wordt beheerd door NASA’s Goddard Flight Center en is het oudste continue NASA-programma voor astro- en heliofysica. Explorers valt onder het Science Directorate van NASA te Washington.

Lees verder

Sterrenkundigen hebben gammaflits met de hoogste energie ooit gemeten waargenomen

Impressie van een gammaflitser. Credit: ESA/Hubble, M. Kornmesser

Op 14 januari 2019 werd door sterrenkundigen (waaronder Andrew Levan, Radboud Universiteit) een gammaflits waargenomen met de hoogste energie die ooit bij zo’n object is waargenomen. Gammaflitsen of gamma-ray bursts (GRB’s) zijn heftige uitbarsting van hoogenergetische gammastraling, die in twee klassen gebeuren, de korte gammaflitsen (duur enkele milliseconden) en delange gammaflitsen (duur > 2 s tot enkele minuten). GRB 190114C, zoals ‘ie wordt genoemd, was er eentje van de lange categorie. Hij werd voor ’t eerst gedetecteerd door NASA’s Swift-BAT en Fermi ruimtetelescopen, 50 seconden later gevolgd door de Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) telescopen op aarde, korte tijd later weer gevolgd door meer dan twintig (!) instrumenten op aarde en in de ruimte, zoals NuSTAR, XMM-Newton en Hubble. Van GRB 190114C werden fotonen waargenomen die een energie hadden van maar liefst Tera electronvolt (TeV), da’s een biljoen keer meer energie dan fotonen van zichtbaar licht – een recordwaarde voor de energie van gammaflitsen. In de nagloed van de flits kon men met MAGIC meten dat GRB 190114C honderd keer helderder was dan de Krabnevel (M1), de helderste bron van gammastraling in ons eigen Melkwegstelsel, het restant van de supernova die in 1054 verscheen. GRB 190114C verscheen in een sterrenstelsel op ongeveer 5 miljard lichtjaar afstand, op de foto hieronder te zien.

Het sterrenstelsel waarin GRB 190114C verscheen. Credit:NASA, ESA, A. de Ugarte Postigo and A. J. Levan

Lange gammaflitsen komen door de ineenstorting van een zware ster (hypernova-explosies). In het geval van GRB 190114C denkt men dat ‘ie plaatsvond in een zeer dichte omgeving, gelegen op 800 lichtjaar van het centrum van het sterrenstelsel. Het stelsel is in sterke interactie met een ander sterrenstelsel, zoals op de foto te zien is, en wellicht heeft dat ook bijgedragen aan de sterkte van de gammaflits. De uitbarsting moet zo heftig zijn geweest dat de materie met snelheden van maar liefst 99,999% van de lichtsnelheid werd uitgespuwd. Hieronder de twee artikelen die over de waarnemingen aan GRB 190114C zijn gedaan:

Hieronder een video over GRB 190114C.

Bron: Hubble + Max Planck Instituut

Jets in gammaflitsers zouden superluminaal kúnnen zijn – sneller dan het licht!

Impressie van een superluminale jet van een gammaflitser. Credit: DESY, Science Communication Lab.

Twee sterrenkundigen –  Jon Hakkila van het College of Charleston en Robert Nemiroff van de Michigan Technological University – zijn met een nieuw model gekomen van jets, straalstromen van gammaflitsers, zeer kortstondige uitbarstingen waarbij zeer veel energie wordt uitgestraald, vooral gammalicht. In hun model zouden die jets zelfs sneller kunnen gaan dan het licht! Dat lijkt tegenstrijdig met de Relativiteitstheorie van Albert Einstein, maar volgens Hakkila en Nemiroff is daar geen sprake van. Het gas in de ‘superluminale jets’, zoals ze worden genoemd, zou alleen sneller dan het licht gaan in het medium van de jet, niet sneller dan het licht in vacuüm. In de lichtcurves van gammaflitsers heeft men ‘time-reversibility‘ waargenomen, een omgekeerde volgorde van aankomst van de gammapulsen.

Het model van de superluminale jets. Credit: J. Hakkila and R. Nemiroff.

Hakkilla vergelijkt de superluminale jet met een platte steen die over het water wordt geworpen om te scheren, waarbij de telkens opspringende steen sneller beweegt dan de golven die het bij het aanraken van het wateroppervlak produceert. Je zou dan niet de eerst geproduceerde golven als eerste zien, maar juist de laatst geproduceerde golven. Hier het vakartikel van Hakkila en Nemiroff, zoals gepubliceerd in the Astrophysical Journal. Bron: College of Charleston.

Eerste detectie van gepolariseerde radiogolven uit GRB 190114C werpt licht op instortende sterren

Op 14 januari j.l. werd het eerste gepolariseerd licht waargenomen uit een gammastraaluitbarsting GRB 190114C in de richting van het sterrenbeeld Fornax, dat op zeven miljard lichtjaar van ons verwijderd is. Het licht werd ontdekt door NASA’s Swift-satelliet. Daaropvolgend onderzoek door de telescopen van de Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) in Chili en de radiotelescoop Very Large Array (VLA) in New Mexico bevestigden de locatie, de aard en het opmerkelijke feit dat het gepolariseerde radio signalen uitzond. Het gepolariseerd licht helpt astronomen om een beter begrip te krijgen van ineen stortende sterren en andere hoog- energetische verschijnselen. Het licht was afkomstig van massieve stralen plasma die door krachtige magnetische velden stroomden en volgens het wetenschapsteam o.l.v.Tanmoy Laskar,van de Universiteit van Bath, VK, en hoofdauteur van het artikel*, is er weinig bekend over deze jets, dus GRB 190114C was een aangename verrassing. Laskar: “Deze meting opent een nieuwe episode in de bestudering van GRB wetenschap en hoog-energetische jetstralen in het algemeen,” en vervolgt; “We willen graag weten of het lage niveau van polarisatie dat in dit specifieke geval werd gemeten, kenmerkend is voor alle GRB’s en, zo ja, wat dit ons zou kunnen vertellen over de magnetische structuren in GRB’s en de rol van magnetische velden in het mechanisme van jetstralen door het universum.”

Lees verder