Er komen vreemde radiogolven vanuit het centrum van het Melkwegstelsel

Artistieke impressie van ASKAP J173608.2-321635. Credit: Sebastian Zentilomo.

Het was de sterrenkundestudent Ziteng Wang (Universiteit van Sydney) die het met z’n team als eerste detecteerde: vreemde radiogolven vanuit het centrum van het Melkwegstelsel, radiostraling die niet past bij één van de bekende astronomische objecten. Hij deed z’n ontdekking met behulp van de ASKAP radiotelescoop in het westen van Australië. En nu zijn hij en z’n collega’s aan het kijken of ze een verklaring kunnen vinden voor de gevonden radiostraling. Het vreemde van de straling is de grilligheid in de intensiteit en de hoge graad van polarisatie. De sterkte van de radiostraling kan in korte tijd opeens met een factor 100 toenemen en weer afnemen en er lijkt geen regelmaat in te zitten. Eerst was hij geheel onzichtbaar, toen werd ‘ie ineens een stuk helderder, om vervolgens weer sterk in kracht af te te nemen. In negen maanden tijd gebeurde dit zes keer in 2020. Er werd alleen radiostraling waargenomen, optisch was er niets te zien, ook niet in het IR en röntgengebied van het spectrum. In eerste instantie dachten Wang en z’n collega’s dat het wellicht een pulsar is in het centrum van de Melkweg, maar de karakteristieken van ASKAP J173608.2-321635, zoals het object heet, zijn toch echt heel anders dan van ‘normale’ pulsars. Het object heeft wel gelijkenissen met de zogeheten Galactic Centre Radio Transients, die ook wel ‘kosmische burpers’ worden genoemd, maar daar zijn toch ook weer verschillen mee.

De sterrenkundigen willen het object verder bestuderen om meer te weten te komen over de ware aard ervan. Wellicht gaat om een geheel nieuw type van object. Hier het vakartikel over ASKAP J173608.2-321635, dat verschenen is in the Astrophysical Journal. Bron: Universiteit van Sydney.

Radiosterrenkundige en Nobelprijswinnaar Antony Hewish (1924-2021) overleden

Antony Hewish (1924-2021). Credit: Univ. Cambridge.

Op 13 september j.l. is Antony Hewish (1924-2021) op 97-jarige leeftijd overleden, de radiosterrenkundige die in 1974 samen met Martin Ryle de Nobelprijs voor de Natuurwetenschappen ontving. Hewish kreeg die prijs voor zijn ‘beslissende bijdrage bij de ontdekking van pulsars’, al was dat eigenlijk de verdienste van Jocelyn Bell Burnell en had ook zij minstens een deel van de prijs moeten krijgen. Hewish was één van de Britse pioniers in de radiosterrenkunde. In de Tweede Wereldoorlog hield hij zich al bezig met de ontwikkeling van radarapparatuur in vliegtuigen, waar hij voor de eerste keer met Martin Ryle samenwerkte. In 1965 construeerde Hewish een nieuwe radiotelescoop, de Interplanetary Scintillation Array, met de bedoeling om zonnewinden te bestuderen en hiermee te bepalen welke sterren quasars zijn.

De Interplanetary Scintillation Array. Credit: Univ. van Cambridge.

Deze radiotelescoop bestond uit zo’n 2000 in rijen opgestelde, met elkaar verbonden dipoolantennes die aan een duizendtal palen waren bevestigd en een oppervlak besloegen van ruim 18.000 m². Het was met die telescoop dat Hewish’ promovendus Jocelyn Bell in 1967 signalen opving met een erg regelmatige herhaling. Toen de signalen niet van een aardse bron afkomstig bleken te zijn werd nog even gedacht aan Little Green Men: een buitenaardse bron die contact zoekt met de aarde. Maar toen vervolgens andere pulserende radiobronnen werden ontdekt kwamen Hewish en Bell in dit artikel met de hypothese dat de signalen die zij vonden afkomstig waren van de snel roterende neutronenster (PSR B1919+21) die elektromagnetische straling uitzendt in de vorm van snelle pulsen met een frequentie van 1.3373 seconden. Bron: Wikipedia.

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.

Waarnemingen aan Cas A laten zien dat supernova-explosies worden ondersteund door neutrino’s van neutronensterren

CAS A, met links de gebieden met titanium en chromium, omlijnd door de gele lijnen. Credit: © 2021 NASA/CXC/RIKEN/T. Sato et al.; NuSTAR: NASA/NuSTAR

Waarnemingen aan het supernovarestant Cassiopeia A laten zien dat een model uit 1985 dat zegt dat supernova-explosies worden ondersteund door neutrino’s van neutronensterren juist is. Sterrenkundigen van o.a. het Japanse RIKEN onder leiding van Shigehiro Nagataki hebben met behulp van de Chandra röntgen-ruimtetelescoop Cas A bestudeerd, zoals het restant kortweg heet. Vermoedelijk is Cas A slechts 350 jaar oud, dus nog maar zeer kort geleden ontstaan, als gevolg van een zogeheten core collapse supernova, waarbij de kern van een zware ster implodeert tot neutronenster en de buitenlagen worden weggeblazen. Als die neutronenster ontstaat gaat er een schokgolf door de buitenlagen van de ster, waardoor die worden weggeblazen. Probleem is dat die schokgolf volgens de modellen uit zal razen door de zwaartekracht van de kern. Enter neutrino’s, de elementaire deeltjes, die alleen reageren op de zwakke wisselwerking en daarmee dwars door alles heen kunnen vliegen. In 1985 kwamen Hans Bethe en James Wilson met de theorie van de ‘Revival of a stalled supernova shock by neutrino heating’, waarin ze betoogden dat bij het ontstaan van de neutronenster massaal neutrino’s ontstaan, die energie meenemen. Het is die energie die de schokgolf in stand houdt en zorgt voor de explosie van de buitenlagen van de ster. De invang van de neutrino’s in de schokgolf zou op zijn beurt leiden tot het ontstaan van pluimen met ‘hoogentropisch’ materiaal, vooral metalen zoals titanium en chromium. En dat is exact wat Nagataki en z’n team hebben waargenomen bij Cas A: titanium en chromium in ijzerrijke pluimen in de buitenste delen van het supernovarestant (zie foto bovenaan). Hier het vakartikel over de waarnemingen aan Cas A, verschenen in Nature. Bron: Phys.org.

FRB 200428, de enige bekende snelle radioflitser in de Melkweg, barst enigszins periodiek uit

Impressie van een magnetar die een uitbarsting ondergaat. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith, USRA/GESTAR

Er zijn vele snelle radioflitsers bekend (Engels: Fast radiobursts, FRB’s), objecten die in een fractie van een seconde een enorme hoeveelheid radiostraling uitbraken, maar er is er maar eentje die in de Melkweg staat, voor zover we nu weten: FRB 200428, alias SGR 1935+2154 te zijn (SGR staat voor ‘soft gamma repeater’), vermoedelijk een magnetar, een snel ronddraaiende neutronenster met een zeer krachtig magnetisch veld. De magnetar SGR 1935+2154 wordt al sinds 2014 in de gaten gehouden, de FRB plopte pas in april 2020 op. Nu blijkt uit onderzoek dat de gamma-uitbarstingen van SGR1935+2154 een soort van periodiciteit kennen, dat wil zeggen dat ze gedurende een periode van vier maanden uitbarstingen in het zachte gamma-gebied plaatsvinden, afgewisseld met een periode van drie maanden van rust. Hieronder zie je een grafie van de afwisselende periodes van uitbarstingen en stiltes in de actieve en inactieve ‘vensters’, zoals onderzocht door een team on der leiding van Mikhail Denissenya (Nazarbayev Universiteit in Kazachstan).

Credit: Mikhail Denissenya, Nazarbayev University, Kazakhstan

Om de proef op de som te nemen ging het team van sterrenkundigen kijken of ze een voorspelling van uitbarstingen in een nieuw actief venster konden waarnemen. En inderdaad: tot juni zou SGR1935+2154 in z’n driemaandelijkse inactieve venster zitten, maar daarna zou het weer ‘los’ moeten gaan. Op 24 juni werd inderdaad weer een uitbarsting in zachte gammastraling gezien, gevolgd door andere uitbarstingen. Sinds 2014 heeft men nu tien actieve vensters waargenomen, waarvan de kans dat ze allemaal op toeval berusten 1 op 10.000 is. De vraag is alleen wat die periodieke uitbarstingen van de magnetar veroorzaakt. Het zou kunnen dat er periodieke een soort van beving ontstaat als gevolg van de interactie tussen de harde korst van de magnetar en diens krachtige magnetische veld, waardoor er een uitbarsting ontstaat, maar het zou ook kunnen dat er een wiebel in de rotatie van de magnetar zit, die periodiek leidt tot een uitbarsting. De magnetar zou omgeven kunnen zijn door een dichte wolk van gas en stof, waar dan weer wel en dan weer niet via gaten in de wolk uitbarstingen worden doorgelaten. Hier het vakartikel over de waarnemingen aan deze FRB/SGR in de Melkweg, verschenen in Physical Review D. Bron: Phys.org.

Voor het eerst zwaartekrachtgolven gedetecteerd van zwarte gaten die een neutronenster verzwelgen

Kleurrijke impressie van een zwart gat dat een neutronenster gaat opslokken. Credit: Carl Knox, OzGrav/Swinburne

Sterrenkundigen hebben in januari 2020 met de LIGO en Virgo detectoren in de VS resp. Italië voor het eerst zwaartekrachtgolven gedetecteerd die afkomstig waren van zwarte gaten die in één keer een complete neutronenster verzwolgen. Dat waren zwaartekrachtgolven GW200105 en GW200115, die op 5 en 15 januari 2020 de aarde passeerden en die door LIGO en Virgo werden gedetecteerd, toen die bezig waren met O3b, de tweede helft van de derde waarneemfase. Bij GW200105 was er sprake van een zwart gat dat negen keer zo zwaar als de zon is, die een neutronenster verorberde die 1,9 zonsmassa zwaar was, tien dagen later bij GW200115 was het zwarte gat zes zonsmassa zwaar, de neutronenster die slachtoffer werd van de slopartij was 1,5 zonsmassa zwaar. GW200105 gebeurde in een sterrenstelsel 900 miljoen lichtjaar van ons verwijderd, GW200115 gebeurde iets verder weg, 1 miljard lichtjaar van ons vandaan (en daarmee 1 miljard jaar geleden). In augustus 2019 was er ook al eens sprake geweest van een mogelijke botsing van een zwart gat en een neutronenster (en daarvoor ook al in april 2019), maar die waarneming is nooit met zekerheid vastgesteld, met name omdat de ‘neutronenster’ met een massa van meer dan twee zonsmassa te zwaar was.

Credit: LIGO-Virgo, Frank Elavsky, Aaron Geller, Northwestern.

In de grafiek hierboven zie je alle tot nu toe waargenomen zwaartekrachtgolven door LIGO en Virgo, met GW200105 en GW200115 als de twee dikkere lijnen (de stippen onderaan en halverwege zijn de neutronenster, resp. het zwarte gat, de bovenste rode stip is het product van de botsing, een nog zwaarder zwart gat).

Hier het vakartikel over de waarnemingen aan de zwaartekrachtgolven veroorzaakt door de zwarte gaten die een neutronenster verzwolgen, vandaag verschenen in Astrophysical Journal Letters 915: L5. Bron: Eurekalert.

De ‘kosmische hand’ stoot tegen een muur

Credit: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Ik blogde er twaalf jaar geleden al een keertje over, het supernovarestant dat uitgestoten is door de ster wiens kern de pulsar PSR B1509-58 is geworden, een restant dat de merkwaardige vorm van een hand heeft, een ‘kosmische hand’ 17.000 lichtjaar ver weg in het zuidelijke sterrenbeeld Passer (Circinus). Zo’n 1700 jaar geleden moet de supernova die dit restant heeft veroorzaakt te zien zijn geweest aan de hemel.  In 2009 was al duidelijk op de foto’s te zien dat de hand reikt naar een roodgekleurde gasnevel ten noorden ervan, de naburige nevel RCW 89. De interactie tussen de ‘hand’ (formeel MSH 15-52) en de ‘muur’ (RCW 89) is nader onderzocht met NASA’s Chandra röntgen-ruimtetelescoop. De binnenste muur van RCW 89 is 35 lichtjaar verwijderd van de pulsar en uit het onderzoek met Chandra heeft men vast kunnen stellen hoe snel de hand van het supernovarestant beweegt. Met Chandra kon men de röntgenstraling van MSH 15-52 meten in 2004, 2008, 2017 en 2018. De inzet in de afbeelding bovenaan laat de verschillen zien tussen die jaren. Metingen aan magnesium en neon in het uitdijende gas laten zien dat deze een snelheid van 14,5 miljoen km/uur heeft. Sommige delen bewegen zelfs nog sneller, tot bijna 18 miljoen km/uur. Dat zijn hoge snelheden en toch denkt men dat de kosmische hand van MSH 15-52 aan het vertragen is, door de stoot tegen de muur.

In de rode cirkel de positie van PSR B1509-58. Credit: PopePompus/Wikipedia/IAI/Sky & Telescope.

Hier het vakartikel over de waarnemingen aan de kosmische hand, op 1 juli gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters. Bron: Phys.org.

 

 

Astronomen meten zwaarste bekende neutronenster met telescoop op ISS

Weergave van de oppervlaktepatronen van PSR J0740+6620. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center

De materie in het binnenste van neutronensterren (ster-lijken met een gigantische dichtheid) is minder goed samen te drukken dan eerder werd gedacht. Een mondiaal samenwerkingsverband, geleid door onder anderen Anna Watts van de Universiteit van Amsterdam, komt tot die conclusie nadat ze met NASA’s Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) de grootte en massa hebben bepaald van de zwaarste neutronenster die bekend is: PSR J0740+6620. NICER is een röntgentelescoop aan boord van het Internationale Ruimtestation ISS. Het resultaat is geaccepteerd voor publicatie in het vaktijdschrift Astrophysical Journal Letters.

Aan het eind van hun leven raakt de brandstof in de kern van zware sterren op, en klappen ze onder hun eigen gewicht in elkaar, voordat ze ontploffen als supernova. De allerzwaarste sterren blijven achter als zwarte gaten, de andere worden neutronensterren. Neutronensterren zijn extreme objecten: ze hebben meer massa dan de zon bij een doorsnee van enkele tientallen kilometers. Maar welke vorm neemt de materie aan in de binnenkern, waar de dichtheid extreem hoog is?

De onderzochte pulsar PSR J0740+6620 (J0740 in het kort) bevindt zich op een afstand van ruim 3000 lichtjaar in de richting van het sterrenbeeld Giraffe. Het is een dubbelstersysteem met een witte dwerg, het afkoelende restant van een zonachtige ster, en roteert 346 keer per seconde om zijn eigen as. De massa wordt geschat op 2,1 keer de massa van de zon.

In traditionele modellen van een typische neutronenster, een ster met ongeveer 1,4 maal de massa van de zon, verwachten natuurkundigen dat de binnenkern grotendeels gevuld is met neutronen. De lagere dichtheid zorgt ervoor dat de neutronen ver genoeg uit elkaar blijven om intact te blijven, en deze innerlijke stijfheid resulteert in een grotere ster.

In zwaardere neutronensterren zoals J0740 is de dichtheid van de binnenkern veel hoger, waardoor de neutronen dichter op elkaar worden gedrukt. Het is onduidelijk of neutronen onder deze omstandigheden intact kunnen blijven of dat ze in plaats daarvan in quarks uiteenvallen. Theoretici vermoeden dat ze door de druk versplinteren, maar er zijn nog veel vragen over de details. Om antwoorden te krijgen hebben wetenschappers een nauwkeurige meting nodig van de grootte van een zware neutronenster.

Om de precieze afmetingen te meten neemt NICER snel roterende neutronensterren waar: pulsars, die in 1967 zijn ontdekt door Jocelyn Bell Burnell. Pulsars hebben hete plekken op hun oppervlak die heldere röntgenstraling uitzenden. Als de pulsar roteert, draaien de vlekken in en uit het zicht, als de lichtbundels van een vuurtoren, en produceren regelmatige variaties in de röntgenhelderheid.

Maar pulsars zijn ook zo dicht dat hun zwaartekracht de nabije ruimtetijd kromt als een bowlingbal die op een trampoline rust. Dezelfde massa in een kleinere verpakking veroorzaakt een grotere vervorming. Die vervorming is zo sterk dat licht van de verre kant van de ster kan worden omgeleid, waardoor de pulsar groter lijkt dan hij in werkelijkheid is. Dit effect kan zo intens zijn dat het voorkomt dat de hot spots volledig verdwijnen terwijl ze rond de pulsar draaien. NICER gebruikt deze effecten om de massa en de doorsnee van de ster nauwkeurig te meten.

Twee teams hebben verschillende benaderingen gebruikt om de grootte van J0740 te bepalen: een groep onder leiding van Thomas Riley en Anna Watts (respectievelijk postdoc en professor in de astrofysica aan de Universiteit van Amsterdam) en een team onder leiding van Cole Miller, hoogleraar astronomie aan de Universiteit van Maryland, College Park (VS). Naast de NICER-gegevens voor J0740 hebben beide groepen ook röntgenwaarnemingen met ESA’s XMM Newton-satelliet gedaan, die nuttig waren bij het corrigeren voor achtergrondruis. De twee teams schatten dat de pulsar ongeveer 25-27 km in doorsnee is.

In 2019 gebruikten de twee teams NICER-gegevens om zowel de grootte als de massa te schatten voor PSR J0030+0451 (of J0030), een geïsoleerde pulsar op ongeveer 1100 lichtjaar afstand. Ze ontdekten dat hij ongeveer 1,4 keer zo zwaar is als de zon en een doorsnede heeft van 25-27 kilometer.

“Onze nieuwe metingen van J0740 laten zien dat hij, hoewel hij bijna 50% zwaarder is dan J0030, in wezen even groot is,” zegt Watts. “Dat sluit enkele modellen voor neutronensterkernen uit, waaronder die waarin het inwendige slechts een zee van quarks is. J0740’s grootte en massa vormen ook een probleem voor sommige modellen waarin de kern alleen neutronen en protonen bevat.” De Amsterdamse promovendus Geert Raaijmakers kijkt nu naar de consequenties voor dichte materie, waarbij hij de nieuwe NICER-resultaten combineert met data van zwaartekrachtgolfdetectoren en laboratoriumdata.

Recente theoretische modellen stellen enkele alternatieven voor, zoals binnenkernen die een mix van neutronen, protonen en exotische materie van quarks of nieuwe combinaties van quarks bevatten. “Maar alle mogelijkheden zullen opnieuw moeten worden geëvalueerd in de context van deze nieuwe informatie van NICER,” aldus Watts.

Vakartikelen:

https://arxiv.org/abs/2105.06980
https://arxiv.org/abs/2105.06981
https://arxiv.org/abs/2105.06978
https://arxiv.org/abs/2105.06979

Bron: Astronomie.nl.

Tweede catalogus van zwaartekrachtgolven leert ons meer over samensmeltende zwarte gaten

Impressie van zwarte gaten die op elkaar reageren in een bolhoop. Het is een fragment uit een simulatie. Credit: Carl Rodriguez/Northwestern Visualization

Vandaag is de tweede catalogus verschenen van zwaartekrachtgolven – GWTC-2. Tijdens de waarneemcampagnes O1, O2 en O3a zijn vanaf 2015 tot september 2019 met de LIGO detectoren in Hanford en Livingston in de VS en de Advanced Virgo detector in Italië maar liefst 47 zwaartekrachtgolven gedetecteerd. De meeste van die golven (feitelijk rimpels in de ruimtetijd) ontstonden door het botsen en samensmelten van zwarte gaten. Analyse van die 47 zwaartekrachtgolven heeft aardig wat nieuwe inzichten opgeleverd over die extreme gebeurtenissen:

  • De massa van zwarte gaten blijkt toch gecompliceerder te zijn dan men eerst dacht. Bij O1 (2015-2016) en O2 (2016-2017) waren de zwarte gaten allemaal lichter dan 45 zonsmassa en dat kwam aardig overeen met de heersende gedachte dat zwarte gaten tussen 50 en 120 zonsmassa niet bestaan. Maar bij O3, dat april 2019 startte, kwamen wel enkele zwarte gaten tevoorschijn die zwaarder zijn dan 45 zonsmassa. Kennelijk zijn er toch verschillende soorten van stellaire zwarte gaten.
  • Sommige zwarte gaten hebben een spin/rotatie die niet overeenkomt met de spin van het nieuwe gevormde zwarte gat. Bij negen van de 47 botsers kwam dat voor. Het zou kunnen dat een deel van de botsende zwarte gaten niet als binair systeem bij elkaar heeft gezeten, waarbij je een zelfde spin wel verwacht, maar dat ze dynamisch zijn, dat wil zeggen dat de botsing het gevolg is van dynamiek in bijvoorbeeld een cluster van sterren (zie de afbeelding bovenaan). Dán verwacht men isotropisch verdeelde rotaties, zoals dat heet.
  • De gemiddelde hoeveelheid botsingen van zwarte gaten (blauwe lijn) stijgt met de afstand (weergegeven met de roodverschuiving), maar wijkt af van de toename van stervorming (de gestreepte lijn). Credit: Abbott et al. 2021.

    De hoeveelheid botsingen van zwarte gaten neemt toe met de afstand, dus hoe verder weg we kijken hoe meer botsingen er zijn. De gemiddelde hoeveelheid botsingen van zwarte gaten is één botsing per 15-38 Gpc-³/jaar, bij botsende neutronensterren is dat per 80-810 Gpc-³/jaar. Nou weten we dat vroeger de snelheid van stervorming in de sterrenstelsels hoger lag dan tegenwoordig, maar die hogere snelheid lijkt niet overeen te komen met de verhoogde aanwezigheid van botsingen van zwarte gaten (zie de afbeelding hierboven).

Men is nu bezIg de vijf waarneemmaanden van O3b te analyseren en O4 zal na een verbetering van de instrumenten half 2022 starten. Bron: LIGO.

Hubble laat zien dat snelle radioflitsen plaatsvinden in de spiraalarmen van sterrenstelsels

Een voorbeeld van de lokatie waar de snelle radioflitsen zich afspeelden. Credit: NASA, ESA, Alexandra Mannings (UC Santa Cruz), Wen-fai Fong (Northwestern)

Afgelopen twintig jaar zijn er meer dan duizend van waargenomen: snelle radioflitsen [1]Waargenomen vanaf 24 juli 2001, toen de eerste werd ontdekt met de Parkes radiotelescoop in Australië. (Fast Radiobursts, FRB’s), uitbarstingen in radiolicht waarbij in een duizendste van een seconde net zoveel energie vrijkomt als de zon in een heel jaar produceert. Sterrenkundigen willen graag de ware aard van de snelle radioflitsen doorgronden, maar probleem daarbij is dat ze zo kort duren dat in de meeste gevallen de exacte bron aan de hemel niet meer te achterhalen valt – van slechts 15 stuks is ze dat gelukt. Nu hebben sterrenkundigen met behulp van de Hubble ruimtetelescoop van vijf snelle radioflitsen hun precieze positie aan de hemel kunnen vaststellen en die blijkt telkens te liggen in de spiraalarmen van sterrenstelsels. Alexandra Mannings (University of California, Santa Cruz) en haar team konden met behulp van de hoge resolutiefoto’s die Hubble kon maken zien dat de vijf snelle radioflitsen niet plaatsvonden in de helderste delen van de spiraalarmen, waar zich de jonge, zware sterren bevinden, maar in de minder heldere gebieden. Men denkt daarom dat de oorzaak van de radioflitsen niet ligt bij de jonge, zware sterren die als supernovae exploderen, en ook niet bij botsende neutronensterren. Ook vinden ze niet plaats in dwergsterrenstelsels. Wat vermoedelijk wel de oorzaak is en welk model door deze waarnemingen ook wordt versterkt, zijn magnetars, zeer snel roterende neutronensterren met een zeer krachtig magnetisch veld. Jonge magnetars zouden dan af en toe uitbarstingen kunnen hebben, die als de snelle radioflitsen worden waargenomen. Het vakartikel over de waarnemingen zal binnenkort verschijnen in the Astrophysical Journal. Bron: Hubble.

References[+]

References
1 Waargenomen vanaf 24 juli 2001, toen de eerste werd ontdekt met de Parkes radiotelescoop in Australië.