De bevindingen suggereren dat snelle radioflitsen vooral ontstaan in massieve, metaalrijke sterrenstelsels en worden veroorzaakt door magnetars.
Snelle radioflitsen zijn gigantische uitbarstingen in de ruimte. Jarenlang hebben wetenschappers zich afgevraagd hoe deze opmerkelijke verschijnselen precies ontstaan. Ze behoorden dan ook lange tijd tot de grootste raadsels binnen de astronomie. Maar mondjesmaat beginnen astronomen steeds meer eindjes aan elkaar te knopen. En een nieuwe studie brengt de oorsprong van deze bijzondere fenomenen nu nog scherper in beeld.
Snelle radioflitsen
Sinds hun ontdekking in 2007 hebben snelle radioflitsen – krachtige flitsen van radiostraling – regelmatig de hemel verlicht. Astronomen gingen dan ook vastberaden op zoek naar hun oorsprong. De zeer heldere, maar extreem kort aanhoudende flitsen leken in eerste instantie enkel hun oorsprong te vinden in sterrenstelsels op miljarden lichtjaren afstand. En dat maakte het lastig om vast te stellen hoe de flitsen precies ontstonden. Inmiddels zijn er honderden bevestigde snelle radioflitsen gevonden. Wetenschappers hebben dan ook steeds meer aanwijzingen verzameld dat deze veroorzaakt worden door sterk gemagnetiseerde neutronensterren, magnetars genaamd (neutronensterren zijn een type ‘dode’ ster). Een doorslaggevend bewijs kwam toen een magnetar in onze eigen Melkweg uitbarstte, en verschillende observatoria dit fenomeen live vastlegden.
Een magnetar is een vrij zeldzame soort neutronenster: een supercompact restant van ontplofte zware sterren. Een neutronenster roteert snel, heeft een sterk magnetisch veld en een diameter van zo’n 20 kilometer, maar een massa groter dan de zon. Magnetars zijn jonge neutronensterren, met een uitzonderlijk krachtig magnetisch veld. Ze zijn vrij zeldzaam: tot op heden zijn er nog maar enkele tientallen van ontdekt. Het bestaan van magnetar SGR 1935 + 2154 werd zes jaar geleden aan het licht gebracht en vertegenwoordigt één van de weinige magnetars in onze Melkweg. SGR 1935+2154 bevindt zich nabij het centrum van de Melkweg en ligt op ongeveer 30.000 lichtjaar afstand van de aarde.
Onderzoekers van Caltech hebben nu, in hun studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature, ontdekt dat radioflitsen waarschijnlijk vaker voorkomen in massieve, stervormende sterrenstelsels dan in sterrenstelsels met een lage massa. Deze ontdekking heeft op zijn beurt geleid tot nieuwe inzichten in hoe de nog altijd mysterieuze magnetars zelf worden gevormd. “De enorme energie die magnetars uitstralen, maakt ze tot enkele van de meest indrukwekkende en extreme objecten in het universum”, zegt hoofdauteur Kritti Sharma. “Er is nog weinig bekend over wat de vorming van magnetars veroorzaakt wanneer massieve sterren sterven. Ons onderzoek helpt deze vraag te beantwoorden.”
Deep Synoptic Array
Het project startte met een zoektocht naar radioflitsen met behulp van de Deep Synoptic Array-110 (DSA-110), gevestigd bij het Owens Valley Radio Observatory in de Amerikaanse staat Californië. Tot nu toe heeft de grote radioarray 70 radioflitsen gedetecteerd en gelokaliseerd naar hun specifieke sterrenstelsel van herkomst (slechts 23 andere radioflitsen zijn door andere telescopen gelokaliseerd). In de huidige studie analyseerden de onderzoekers 30 van deze gelokaliseerde radioflitsen.
Massieve, stervormende sterrenstelsels
Hoewel het bekend is dat radioflitsen voorkomen in sterrenstelsels die actief sterren vormen, ontdekte het team tot hun verbazing dat radioflitsen vaker optreden in massieve, stervormende sterrenstelsels dan in sterrenstelsels met een lage massa. Dit was opmerkelijk, omdat astronomen eerder dachten dat radioflitsen in alle soorten actieve sterrenstelsels zouden voorkomen.
Metalen
Met deze nieuwe informatie begon het team zich af te vragen wat de bevindingen onthullen over radioflitsen. Massieve sterrenstelsels bevatten meestal veel metalen, omdat metalen – elementen die door sterren worden gevormd – zich in de loop van de kosmische geschiedenis hebben opgebouwd. Het feit dat radioflitsen vaker voorkomen in deze metaalrijke sterrenstelsels suggereert dat de bron van de radioflitsen, magnetars, ook vaker voorkomt in dit soort sterrenstelsels. Sterren die veel metalen bevatten – in astronomische termen zijn dat elementen zwaarder dan waterstof en helium – worden doorgaans groter dan andere sterren. “Naarmate sterrenstelsels in de loop van de tijd groeien, verrijken opeenvolgende generaties sterren deze stelsels met metalen, terwijl ze evolueren en uiteindelijk sterven”, aldus onderzoeker Vikram Ravi.
Magnetars
Bovendien komen massieve sterren die in supernova’s exploderen en magnetars kunnen worden, vaker voor in paren. Sterker nog, 84 procent van de massieve sterren is onderdeel van een dubbelster. Wanneer een massieve ster in zo’n paar opzwelt door een hoger metaalgehalte, wordt het overtollige materiaal naar de andere ster overgedragen, wat de fusie van de twee sterren vergemakkelijkt. Deze samengevoegde sterren hebben een sterker gecombineerd magnetisch veld dan een enkele ster. “Een ster met een hoger metaalgehalte zwelt op, veroorzaakt massaoverdracht en leidt uiteindelijk tot een fusie, waarbij een grotere ster ontstaat met een sterker magnetisch veld dan dat van een enkele ster”, legt Sharma uit.
Fusie van twee sterren
Kortom, de bevindingen wijzen erop dat magnetars, die magnetische velden hebben die 100 biljoen keer sterker zijn dan die van de aarde, vaak ontstaan wanneer twee sterren samensmelten en later ontploffen in een supernova. Eerder was het onduidelijk of magnetars op deze manier ontstaan – door de explosie van twee samengesmolten sterren – of dat ze ook kunnen ontstaan door de explosie van een enkele ster. De bevindingen wijzen erop dat de unieke omstandigheden in massieve sterrenstelsels, zoals een hoog metaalgehalte en de aanwezigheid van dubbelsterren, gunstig zijn voor de vorming van magnetars.
Schat aan informatie
Al met al levert de nieuwe studie een schat aan nieuwe informatie op. Aangezien radioflitsen voornamelijk voorkomen in massieve en metaalrijke stervormende sterrenstelsels, is het waarschijnlijk dat magnetars (die vermoedelijk deze flitsen veroorzaken) ook ontstaan in metaalrijke omgevingen die de samensmelting van twee sterren bevorderen. De resultaten suggereren dan ook dat magnetars in het hele universum waarschijnlijk voortkomen uit de overblijfselen van sterrenfusies.
De bevindingen brengen ons dichter bij het begrijpen van zowel de oorsprong van radioflitsen als de omstandigheden waarin magnetars zich vormen. Daarnaast bieden ze belangrijke aanknopingspunten voor toekomstig onderzoek met nieuwe, grotere telescopen. In de toekomst wil het team namelijk meer radioflitsen en hun herkomst opsporen met de DSA-110 en uiteindelijk met de DSA-2000, een nog grotere radioarray die in de Nevada-woestijn gebouwd zal worden en in 2028 klaar moet zijn.
