211service.com
Gamma Ray-astronomie: het goede, het slechte en het lelijke
Gammastraaluitbarstingen hebben voor een constante bron van opwinding gezorgd sinds ze in de jaren zestig werden ontdekt door Amerikaanse militaire satellieten die op zoek waren naar bewijs van geheime kernwapentests.
Wanneer ze de lucht verlichten, zijn gammaflitsen de helderste objecten in het heelal. Ze zenden zoveel licht uit dat astronomen denken dat het op de een of andere manier moet worden gecollimeerd, anders zou de totale emissie niet kunnen ontstaan door een momenteel begrepen astrofysisch fenomeen. Zoals het is, geven ze in een paar seconden de energie vrij die overeenkomt met de restmassa van de zon.
Dat maakt ze van meer dan een voorbijgaand belang voor de mensheid. Gammastraaluitbarstingen in de Melkweg hebben in het verleden mogelijk geleid tot massale uitstervingen op aarde en zouden ons in de toekomst kunnen bedreigen.
Een gammaflits is echter nog nooit in de Melkweg waargenomen. In feite zijn ze over het algemeen de verst verwijderde, en daarmee de oudste, astronomische objecten die we kunnen zien. Astronomen zeiden vorige week dat ze een gammastraaluitbarsting hadden gezien die slechts 630 miljoen jaar na de oerknal plaatsvond.
Al deze informatie en nog veel meer is het resultaat van twee revoluties die hebben plaatsgevonden in de gammastraalastronomie. De eerste is de lancering van de Swift- en Fermi-gammastralingtelescopen in respectievelijk 2004 en 2008. Ten tweede is er een wereldwijd coördinatieproject dat de gemeenschap waarschuwt voor gammaflitsen, zodat hun nagloeien op andere frequenties kan worden waargenomen.
Als gevolg daarvan zijn astronomen niet langer uitgehongerd door gegevens over gammastraaluitbarstingen en verdrinken ze er plotseling in. En terwijl de hoeveelheid slecht begrepen gegevens met de dag groeit, wordt het langzaam duidelijk dat gammastraaluitbarstingen veel complexer en mysterieuzer zijn dan iemand ooit had gedacht.
Tegenwoordig schetst Maxim Lyutikov van de Purdue University in Indiana de mysteries waar astronomen over puzzelen en het zorgt voor fascinerende lectuur. Er lijken twee soorten gammaflitsen te zijn: lange die duizenden seconden duren en korte die in minder dan een seconde aan en uit flitsen. Hoe deze verschillende typen ontstaan is nog niet bekend. En wed er niet op dat andere soorten burst binnenkort worden ontdekt.
Deze bursts hebben een nagloeiing van de röntgenstraling die soms snel afneemt en in andere gevallen tienduizenden seconden duurt. Sommige uitbarstingen laaien later weer op en andere vallen even weg, zoals een averechtse Ford Model T.
Elk van deze observaties vereist een aparte uitleg en de theoretici worstelen. De consensus is dat gammastraaluitbarstingen worden gecreëerd in een soort van zwaartekrachtinstorting waarbij zwaartekrachtsenergie wordt omgezet in kinetische energie en vervolgens in licht. Over het algemeen wordt aangenomen dat supernova's één type bron zijn. Waar de anderen vandaan komen, weet niemand.
Dan is er de vraag hoe zo'n ineenstorting ontstaat. Een zwaartekrachtinstorting impliceert het bestaan van een schokgolf, maar de structuur van deze golf en hoe deze in wisselwerking staat met alles op zijn pad is slecht begrepen.
Zelfs het fysieke mechanisme waardoor gammastralen worden gevormd, wordt betwist. Een mogelijkheid is door synchrotron-emissie, geladen deeltjes versneld in een magnetisch veld. Waar dit magnetische veld vandaan komt en hoe het samenwerkt met een schokgolf is niet bekend. Een andere optie is inverse Compton-emissie waarbij hoge energie-elektronen de energie van fotonen opdrijven naar hogere frequenties. Kies maar.
De hoop is dat deze mechanismen zo kunnen worden samengesteld dat ze de structuur van de gegevens die astronomen zien, kunnen verklaren: de uitbarstingen, het nagloeien en de verschillende tijdschalen waarop deze plaatsvinden.
Maar de angst die Lyutikov oproept, is dat deze processen zo complex zijn dat ze voor altijd het begrip van stervelingen te boven zullen gaan.
Dat is te pessimistisch. Vooruitgang op veel gebieden van de astrofysica wordt beperkt door een gebrek aan gegevens. Gammastraling-astronomie is een uitzondering, althans voorlopig. De complexiteit die deze gegevens vertegenwoordigen, valt niet te ontkennen. Maar wat deze stand van zaken vertegenwoordigt, is een gouden kans voor een nieuwe generatie astrofysici: een opwindend probleem dat erom vraagt om opgelost te worden.
Referentie: arxiv.org/abs/0911.0349 : Gamma Ray Bursts: Terug naar het bord