De ontdekking van een historische gammastraaluitbarsting in het hart van een oud sterrenstelsel

Voor het eerst heeft een internationaal team van astronomen een lange gammastraaluitbarsting waargenomen nabij het centrum van een oud sterrenstelsel. Dit is bijzonder omdat dit soort gammastraaluitbarstingen meestal optreden wanneer massieve sterren instorten of neutronensterren gedurende een lange tijd om elkaar heen draaien, en dergelijke sterren in het centrum van oude sterrenstelsels ontbreken. Het team, onder leiding van Andrew Levan (Radboud Universiteit), publiceerde hun bevindingen in natuurlijke astronomie.

De algemene consensus was dat lange gammastraaluitbarstingen van ten minste enkele seconden alleen konden optreden wanneer een zeer zware ster aan het einde van zijn leven ineenstortte tot een supernova. In 2022 werd een mogelijke tweede trigger voor lange gammastraaluitbarstingen onthuld toen twee massieve sterren, die hun hele leven om elkaar heen hadden gedraaid, uiteindelijk neutronensterren werden en in botsing kwamen met kilonova’s. Nu, in het jaar 2023, lijkt het erop dat lange gammastraaluitbarstingen op een derde manier kunnen plaatsvinden.

“Onze gegevens geven aan dat dit een geval is van de samensmelting van twee afzonderlijke neutronensterren. We vermoeden dat de neutronensterren tegen elkaar werden gedrukt door de zwaartekracht van vele omringende sterren in het centrum van de melkweg”, zegt hoofdonderzoeker Andrew Levan (Radboud Universiteit ).

Het team van onderzoekers bestudeerde de effecten van een gammastraaluitbarsting die op 19 oktober 2019 door het Neil Gehrels Swift Observatorium werd gedetecteerd. Ze deden dit met behulp van de Gemini South-telescoop in Chili, de Northern Optical Telescope op het Canarische eiland in La Palma en de[{” attribute=””>Hubble Space Telescope.

Their observations show that the burst was caused near the center of an ancient galaxy. This immediately provides two arguments pointing to the merging of two sources.

The first argument is that there are almost no heavy stars in ancient galaxies that could collapse into supernovae, because heavy stars typically occur in young galaxies. In addition, supernovae emit bright optical light, which was not observed in this case.

A second argument is that the center of galaxies are busy places. There are hundreds of thousands of normal stars, white dwarfs, neutron stars, black holes, and dust clouds all orbiting a supermassive black hole. Altogether, this represents over 10 million stars and objects crammed into a space of a few light-years across. “That is an area comparable to the distance between our sun and the next star,” Levan explains. “So the probability of a collision in the center of a galaxy is much higher than, say, at the outskirts, where we are.”

The researchers are still leaving room for alternative explanations. The prolonged gamma-ray burst could also result from the collision of compact objects other than neutron stars, for example, black holes or white dwarfs. In the future, the researchers hope to be able to observe long gamma-ray bursts at the same time as gravitational waves. This would help them to make more definitive statements about the origin of the radiation.

For more on this discovery:

Reference: “A long-duration gamma-ray burst of dynamical origin from the nucleus of an ancient galaxy” by Andrew J. Levan, Daniele B. Malesani, Benjamin P. Gompertz, Anya E. Nugent, Matt Nicholl, Samantha R. Oates, Daniel A. Perley, Jillian Rastinejad, Brian D. Metzger, Steve Schulze, Elizabeth R. Stanway, Anne Inkenhaag, Tayyaba Zafar, J. Feliciano Agüí Fernández, Ashley A. Chrimes, Kornpob Bhirombhakdi, Antonio de Ugarte Postigo, Wen-fai Fong, Andrew S. Fruchter, Giacomo Fragione, Johan P. U. Fynbo, Nicola Gaspari, Kasper E. Heintz, Jens Hjorth, Pall Jakobsson, Peter G. Jonker, Gavin P. Lamb, Ilya Mandel, Soheb Mandhai, Maria E. Ravasio, Jesper Sollerman and Nial R. Tanvir, 22 June 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-01998-8