Een Nederlands team van astronomen heeft ontdekt dat het herhalende patroon in de kosmische radioflitser FRB20180916B niet wordt veroorzaakt door de krachtige sterrenwind van een begeleidende ster, zoals eerder werd vermoed. De flitsen komen mogelijk van een zeer sterk gemagnetiseerde maar eenzame neutronenster, een zogeheten magnetar. De astronomen deden deze ontdekking binnen een unieke combinatie van waarnemingen met twee van de grootste radiotelescopen ter wereld: LOFAR en Westerbork.
Snelle radioflitsen (Fast Radio Bursts – FRB’s) behoren tot de heftigste uitbarstingen in het heelal, maar astronomen dachten tot nu toe dat ze door een elektronenmist werden verhuld. Uit de nieuwe waarnemingen blijken ze echter helder zichtbaar. Het resultaat verschijnt deze week in het tijdschrift Nature.
Het gebruik van ‘radiokleuren’ leidde tot de doorbraak. In zichtbaar licht zien we de verschillende golflengten als verschillende kleuren. Zo loopt de regenboog van blauw licht (kortere golflengte) naar rood licht (langere golflengte). Elektromagnetische straling waarvan de golflengte te kort of te lang is voor het menselijke oog, kan ook als licht worden omschreven. Sterrenkundigen noemen dit bijvoorbeeld ultraviolet licht, of radiolicht. Radiolicht bevindt zich voorbij de rode kant van de gewone regenboog. Binnen het radiolicht is blauwer licht (kortere golflengte) weer te onderscheiden van roder licht (langere golflengte). Radiogolven zijn een miljoen maal langer dan die in zichtbaar blauw en rood licht, maar in essentie zijn verschillende radiogolflengtes ook gewoon kleuren.
De onderzoekers bestudeerden de snelle radioflitser FRB20180916B op twee golflengtes tegelijk: één blauwer, en één veel roder. De radioflitsen zijn zeer energierijke fenomenen en duren slechts een duizendste van een seconde. De energie achter de flits moet immens zijn, maar sterrenkundigen snappen nog niet precies hun herkomst. Sommige FRB’s zenden meerdere flitsen uit, FRB20180916B zelfs met regelmaat. Sterrenkundigen vermoedden daarom dat de flitsen van dubbelsterren komen. Die draaien zeer regelmatig om elkaar heen, en kunnen elkaar met hun sterrenwind verduisteren. “De sterrenwind van de begeleider zou het meeste blauwe, korte-golf-radiolicht moeten doorlaten, maar het rode, lange-golf-radiolicht niet,” zegt eerste auteur Inés Pastor-Marazuela (Universiteit van Amsterdam en ASTRON).
Om dat idee te testen, combineerden de astronomen de LOFAR-telescoop met de vernieuwde Westerbork-telescoop. Zo konden ze FRB20180916B tegelijkertijd in twee radiokleuren waarnemen. Westerbork onderzocht de blauwere golflengte van 21 centimeter; LOFAR keek naar de veel rodere golflengte van 3 meter. De telescopen maakten elk een hogesnelheidsfilm van de bron, met duizenden beelden per seconde. Een zelflerende supercomputer doorzocht de beelden direct en continue. “Toen we de twee kleuren vergeleken, wachtte ons een grote verrassing,” zegt Pastor-Marazuela. “Uit de gangbare sterrenwindmodellen voor FRB’s zou je namelijk verwachten alleen, of in ieder geval vooral, blauwere flitsen te zien. Maar wat we vonden was twee dagen vol blauwere radioflitsen, gevolgd door drie dagen met rodere. De eerdere modellen kunnen dus niet kloppen, er is iets anders aan de hand.” Dit was de eerste keer dat astronomen een snelle radioflits zagen met LOFAR. Op golflengtes langer dan 1 meter waren ze nooit eerder waargenomen. “We proberen al meer dan 10 jaar FRB’s te ontdekken met LOFAR. We hadden al onvoorstelbaar veel data doorzocht. Tot nu toe zonder resultaat. Ik had het al bijna opgegeven,” zegt coauteur Sander ter Veen (ASTRON).
De detectie is belangrijk omdat het betekent dat het rodere, lange-golf-radiolicht toch kan ontsnappen uit de directe omgeving van de felle bron. “Sommige FRB’s blijken dus kraakhelder zichtbaar, ongehinderd door eventuele elektronenmist in hun sterrenstelsel. Dat is heel interessant”, zegt coauteur Liam Connor (UvA/ASTRON), “omdat we FRB’s daardoor kunnen gebruiken als bakens om de atomen in het heelal in kaart te brengen. Een groot deel van die materie lijkt namelijk kwijt.” De twee Nederlandse radiotelescopen speelden een sleutelrol in de ontdekkingen. LOFAR is een lange-golf-radiotelescoop die verspreid is over heel Europa, met Drenthe als centrum. De schotels bij Westerbork zijn recent vernieuwd met de (kortere golf) Apertif-ontvangers, radio-hogesnelheidscamera’s. Daarmee is ook de Westerbork-telescoop weer wereldwijd toonaangevend. De doorbraak kwam toen het team de twee direct op elkaar aansloot, en als één liet samenwerken.
Onderzoeksleider Dr. Joeri van Leeuwen (ASTRON/UvA): “We hebben eerst een zelflerende supercomputer voor Westerbork gebouwd. Die fungeert als de visuele hersenen en kan de flitsen razendsnel herkennen. Bij iedere korte-golf-FRB seinde Westerbork volautomatisch LOFAR in, maar LOFAR zag niks. Eerst verdachten we de voorspelde mist rond de FRB-bron ervan die rodere, lange-golf-flitsen tegen te houden – maar tot onze verbazing verschenen de rodere flitsen alsnog, toen de blauwere al gestopt waren. Meteen was duidelijk dat de dubbelsterwind-modellen niet zomaar konden kloppen. De snelle radioflitsen ontsnappen ongehinderd, en worden waarschijnlijk uitgezonden door magnetars.” Zulke magnetars zijn neutronsterren met een dichtheid vele malen hoger dan lood, en zijn ook gigantisch sterk gemagnetiseerd. “Een eenzame, langzaam draaiende magnetar verklaart het nieuw ontdekte gedrag het beste,” zegt Pastor-Marazuela. “Het voelt alsof je een detective bent die dicht bij de ontknoping is – onze waarnemingen laten nog maar weinig modellen voor FRB’s over.”
Bron: Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA) / Nature
