Flits onder vergrootglas - George Beekman 21 OKTOBER 2000 NRC

KOSMISCHE LOEP TOONT VUURBAL GAMMA-EXPLOSIE

Het heelal is bij heel nauwkeurig waarnemen een mengelmoes van fata morgana's. Het zwaartekrachtsveld van de zon, sterren, sterrenstelsels en clusters van stelsels zorgt er voor dat alles wat erachter staat enigszins wordt vergroot en vervormd. Al deze gravitatielenzen geven ons min of meer vertekende beelden van het heelal, maar brengen ook objecten en verschijnselen aan het licht die anders onopgemerkt zouden blijven. Astronomen hebben er nu voor het eerst de schokgolf van een gamma-explosie mee waargenomen.
 


Foto-onderschrift:

HETE-2 satelliet voor de lancering op 9 oktober. Foto NASA

Gamma-explosies zijn flitsen gammastraling die seconden tot minuten duren en gemiddeld eenmaal per dag door satellieten en ruimtesondes op willekeurige tijden en in willekeurige richtingen in het heelal worden waargenomen. In de afgelopen drie jaar hebben astronomen vele malen op de positie van zo'n flits in zichtbaar licht en andere golflengten een nagloeiend punt waargenomen. Hieruit heeft men kunnen afleiden dat de explosies plaatsvinden in sterrenstelsels die miljarden lichtjaren ver liggen.

Die enorme afstand maakt het moeilijk vast te stellen wat daar precies gebeurt. Momenteel wordt de oorzaak van de explosies gezocht in het versmelten van twee neutronensterren of het instorten van de centrale delen van een zeer zware ster. Er komt dan een gigantische hoeveelheid gravitatie-energie vrij, die een relativistische vuurbal creert die met bijna de lichtsnelheid in de ruimte expandeert en de elektronen daarin tot het uitzenden van synchrotronstraling dwingt: het `nagloeien'.

De meeste details van het nagloeien goed met dit vuurbalmodel worden verklaard. Maar bij de gamma-explosie van 1 maart, GRB 000301C, op een afstand van meer dan 10 miljard lichtjaar, lukte dat niet. De helderheid van het uitdovende lichtpunt nam eerst, zoals gebruikelijk, snel af. Drie dagen na de explosie stokte die afname echter, nam de helderheid iets toe, om na n tot twee dagen weer op de oude voet door te gaan. De stagnatie vond plaats in een zeer breed golflengtegebied, dus was achromatisch. Dat wijst er volgens de Amerikaanse astronoom Peter Garnavich op dat we hier het effect van een gravitatielens zien.

smalle ring

Algemeen wordt aangenomen dat de schokgolf van een gamma-explosie zich aan de hemel vertoont als een smalle ring die zich met een snelheid groter dan die van het licht lijkt uit te breiden. Deze ring is op die enorme afstand echter zo klein (in de orde van een miljoenste boogseconde) dat men hem vanaf de aarde als een punt ziet. Beweegt een deel van de expanderende ring echter achter een gravitatielens langs, dan wordt het licht van de ring versterkt en wordt het lichtpunt helderder.

Twee jaar geleden hadden de Amerikaanse astronomen Abraham Loeb en Rosalba Perna er op gewezen dat het graviatielensgebied van een ster als de zon op een afstand van miljarden lichtjaren ook een diameter van ongeveer een miljoenste boogseconde heeft. Zo'n microlens zou in staat zijn om (een deel van het) licht van een nagloeiende gammaflits te versterken, of in ieder geval tijdelijk minder snel te laten afnemen. Dit vergrootglaseffect zou ongeveer een dag duren en het model van de expanderende ring c.q. vuurbal kunnen bevestigen.

Peter Garnavich en zijn collega's laten binnenkort in de Astrophysical Journal Letters zien dat de kenmerken van de nagloeiende gammaflits van 1 maart heel goed met behulp van zo'n microlens kunnen worden verklaard. Die kenmerken zijn ook goed te rijmen met de voorspelling dat de breedte van de expanderende ring ongeveer tien procent van de straal is en dat de ring zich aan de hemel met een snelheid groter dan die van het licht lijkt uit te breiden. De astronomen claimen nu dan ook dat zij deze `superluminaal' expanderende ring van een gamma-explosie voor het eerst hebben `gezien'.

Het effect van een kosmische microlens is al vele keren waargenomen in ons melkwegstelsel. Hierbij gaat het altijd om de lenswerking van een object dat vr een verre, stilstaande ster langs beweegt. Bij een nagloeiende gammaflits is dat precies omgekeerd: de verre schokgolf beweegt, terwijl de gravitatielens er vr stil staat.

Microlenzen bieden nieuw gereedschap voor het onderzoek naar de nog steeds vrij mysterieuze gamma-explosies in het heelal. Natuurlijk zal de nagloeiende vuurbal slechts af en toe bij toeval door een kosmische microlens worden `vergroot' en daarom is het zaak dat zoveel mogelijk van deze vuurballen zo snel mogelijk na de explosie met telescopen op aarde kunnen worden bestudeerd. Op 9 oktober is met succes een satelliet gelanceerd, de High-Energy Transient Explorer 2 (HETE-2), die in luttele seconden de positie van een gammaflits op 10 boogseconden nauwkeurig kan bepalen en naar de aarde zenden. De kans op het ontdekken van microlens-effecten zal daardoor aanzienlijk toenemen.