Het zet ons begrip over hoe lange gammaflitsen het levenslicht zien, op z’n kop.

Gammaflitsen, de helderste en meest energieke verschijnselen in het heelal, kunnen worden verdeeld in twee klassen. Gammaflitsen die minder dan twee seconden duren worden beschouwd als korte GRB’s. Duurt een gammaflits langer dan twee seconden, dan wordt het logischerwijs beschouwd als een lange GRB. Onderzoekers dachten tot voor kort dat korte en lange gammaflitsen een verschillende oorsprong zouden hebben. Maar een nieuwe studie daagt dat idee nu uit.

Oorsprong
Al bijna twee decennia geloven astrofysici dat korte GRB’s het gevolg zijn van fusies van neutronensterren. Botsende neutronensterren kunnen vervolgens een zogenoemde kilonova voortbrengen; een explosie waarbij er zware elementen zoals goud worden weggeslingerd. Lange GBR’s zouden uitsluitend worden voortgebracht door het instorten van massieve sterren, waardoor een supernova ontstaat.

GRB211211A
In december 2021 waren onderzoekers getuigen van een heldere uitbarsting van gammastraling. Ze noemden deze gebeurtenis GRB211211A. De gammaflits duurde bijna een minuut, wat relatief lang is. Astronomen besloten vervolgens te zoeken naar de nagloeiing van een lange GRB, een ongelofelijk heldere en snel vervagende lichtflits die vaak voorafgaat aan een supernova. Maar er was iets vreemds aan de hand. De onderzoekers ontdekten een overmaat aan infraroodlicht. Bovendien was de gebeurtenis veel zwakker en vervaagde sneller dan tijdens een klassieke supernova gebeurt. “Deze gebeurtenis verschilde enorm van alle eerder gedetecteerde lange GRB’s,” aldus onderzoeker Jillian Rastinejad.

Kilonova
De onderzoekers namen de gebeurtenis, die plaatsvond op ongeveer 1,1 miljard lichtjaar afstand (wat overigens in kosmische termen relatief dicht bij de aarde is) met behulp van krachtige telescopen beter onder de loep. En nu komen ze tot een verrassende ontdekking. Het infrarode licht dat ze namelijk hadden gedetecteerd, blijkt afkomstig te zijn van een kilonova.

Paradigmaverschuiving
Kortom, GRB211211A is een lange GRB die niet het gevolg is van een supernova, maar van een kilonova. En dat terwijl men veronderstelde dat alleen korte GRB’s in verband gebracht kunnen worden met kilonova’s. Bovendien bewijst dit dat blijkbaar ook samensmeltende neutronensterren lange gammaflitsen kunnen genereren. “Aangezien alle andere bevestigde samensmeltingen van neutronensterren die we hebben waargenomen gepaard gingen met een korte GRB, hadden we alle reden om aan te nemen dat GRB211211A werd gecreëerd door de ineenstorting van een massieve ster,” zegt Rastinejad. “De nieuwe ontdekking vertegenwoordigt een opwindende paradigmaverschuiving in de astronomie.”

Hoe dan?
Over de precieze oorzaken hiervan, tasten de onderzoekers nog in het duister. Eerder veronderstelden ze dat neutronensterren niet genoeg materiaal zouden bevatten om een lange GRB te genereren. Massieve sterren daarentegen kunnen tientallen tot honderden keren de massa van onze zon hebben. “Als twee neutronensterren botsen is er niet echt veel massa,” legt Wen-fai Fong uit. “Dit zorgt vervolgens voor een zeer korte uitbarsting. Wanneer een massieve ster instort – wat traditioneel gezien in verband wordt gebracht met een lange GRB – is er een langere ‘voedingstijd’.”

Zware elementen
Met de ontdekking dagen onderzoekers de huidige, heersende theorieën over hoe lange GRB’s worden gevormd, uit. Maar dat niet alleen. Het leidt namelijk ook tot nieuwe inzichten in de mysterieuze vorming van de zwaarste elementen in het universum, zoals platina en goud. Onderzoekers hebben ondertussen al de ‘astronomische fabrieken’ bestudeerd die lichte elementen produceren, zoals helium, silicium en koolstof. Men vermoedt dat tijdens supernova-explosies en fusies van neutronensterren veel zwaardere elementen ontstaan. “We hebben nu ontdekt dat GRB211211A ongeveer 1000 keer de massa van de aarde voortbracht in de vorm van zeer zware elementen,” zegt onderzoeker Matt Nicholl. “Dit ondersteunt het idee dat kilonova’s de belangrijkste fabrieken van goud in het heelal zijn.”

James Webb
De James Webb-telescoop zou deze aanname krachtiger in de schoenen kunnen zetten. Dat komt omdat Webb in staat is om astronomische objecten haarscherp op beeld vast te leggen en spectra kan analyseren. Dit stelt onderzoekers vervolgens weer in staat om specifieke elementen te detecteren die door het object wordt weggeslingerd. Kortom, met behulp van Webb zouden astrofysici direct observatiebewijs kunnen verkrijgen over de vorming van zware elementen. “Helaas zijn zelfs de beste grondtelescopen niet gevoelig genoeg om spectroscopie uit te voeren,” zegt Rastinejad. “Maar met Webb zouden we eindelijk een spectrum van een kilonova kunnen verkrijgen.”

Het ontstaan van een kilonova’s is echter een hele zeldzame gebeurtenis. “Ze zijn moeilijk waar te nemen en vervagen erg snel,” zegt Rastinejad. “Maar nu weten we in ieder geval wel dat we ook aan de hand van lange gammaflitsen naar kilonova’s kunnen zoeken.”