Mysterieuze explosies in het heelal geven steeds meer geheimen prijs. Dankzij nieuwe telescopen kunnen de ‘korte radioflitsen’ straks misschien ook meer licht werpen op de evolutie van het heelal.
is wetenschapsjournalist. Hij schrijft voor de Volkskrant over sterrenkunde.
Om de haverklap vindt ergens in het onmetelijke universum een kosmische vuurwerkexplosie plaats waarbij de zwaarste cobra verbleekt. Een extreem korte uitbarsting van radiostraling, die in niet meer dan een duizendste seconde evenveel energie produceert als de zon in een week. Waarschijnlijk afkomstig van supercompacte sterretjes met zo’n krachtig magneetveld dat ze zelfs op een afstand van tienduizenden kilometers de sleutels uit je broekzak zouden trekken.
De eerste fast radio burst (FRB) werd weliswaar al in 2007 ontdekt, maar het duurde lang voordat sterrenkundigen er een vinger achter kregen. Je weet immers niet waar en wanneer je de volgende mag verwachten, en omdat ze maar zo kort duren, kun je er geen uitgebreide metingen aan uitvoeren. Inmiddels is bekend dat de radioflitsen verschijnen in andere sterrenstelsels, vaak op afstanden van tientallen of honderden miljoenen lichtjaren.
De afgelopen jaren zijn er al meer dan achthonderd van die korte radioflitsen bestudeerd. ‘Lange tijd was het aantal theorieën over hun ontstaan groter dan het aantal waargenomen flitsen, maar dat is gelukkig niet meer zo’, zegt Nanda Rea van het Instituut voor Ruimteonderzoek in Barcelona, in november tijdens een van de pauzes op een drukbezocht congres in Thailand, waar de crème de la crème van de radioflitsonderzoekers is samengekomen. Dat wil niet zeggen dat het raadsel nu is opgelost, maar Rea en de meeste van haar collega’s denken dat bizarre magnetars de boosdoener zijn. In april 2020 produceerde een magnetar in ons eigen Melkwegstelsel inderdaad een (betrekkelijk zwak) radioflitsje.
Magnetars zijn supercompacte neutronensterren met een extreem sterk magneetveld. Zo’n neutronenster is hooguit 25 kilometer in diameter, maar is zwaarder dan de zon. 1 kubieke centimeter neutronenster weegt al gauw honderd miljoen ton. Tel daar een magneetveld bij op dat een biljoen keer zo sterk is als dat van de aarde en je snapt dat zich daar extreme verschijnselen kunnen voordoen. Dankzij korte radioflitsen komen sterrenkundigen dus meer te weten over het fundamentele gedrag van materie onder omstandigheden die zó uitzonderlijk zijn dat ze in een aards laboratorium nooit zijn na te bootsen.
Volgens Kenzie Nimmo van het Massachusetts Institute of Technology in Boston ontstaan de flitsen waarschijnlijk in de directe omgeving van de magnetar, mogelijk als gevolg van ‘sterbevingen’ aan het oppervlak, waardoor het magneetveld plotseling sterk verstoord raakt. Met gevoelige radiotelescopen is namelijk ontdekt dat sommige radioflitsen ultrakorte flikkeringen vertonen, van een paar microseconden.
‘Dat betekent dat het gebied waarin de flits ontstaat niet groter kan zijn dan enkele tienduizenden kilometers’, zegt Nimmo. Als het om een groter gebied zou gaan, zou de straling van de ‘voorkant’ eerder op aarde aankomen dan de straling van de ‘achterkant’ en zou de flits langer duren. ‘Het kan dus niet gaan om schokgolven op grote afstand van de ster, zoals ook wel is gesuggereerd – die beslaan een veel groter gebied.’
‘Gewone’ neutronensterren zijn de compacte ‘stoffelijke overschotten’ van zware sterren die aan het eind van hun korte leven uiteenspatten in catastrofale supernova-explosies. Maar het extreme magneetveld van magnetars is niet zo eenvoudig te verklaren; je moet dan aannemen dat de exploderende ster zelf ook al een soort supermagneet was.
Vandaar dat er op het congres in Thailand ook veel aandacht was voor een alternatieve manier om magnetars te creëren. Het recept is op zichzelf eenvoudig. Je begint met een dubbelster – twee sterren die om elkaar heen draaien. Een van de twee krimpt aan het eind van zijn leven ineen tot een zogeheten witte dwerg (dat lot staat ook onze eigen zon te wachten, al gaat die alleen door het leven). Die compacte dwergster zuigt materie op van zijn begeleider, waardoor hij steeds zwaarder wordt en de magnetische veldsterkte geleidelijk toeneemt. Uiteindelijk is de dwergster zo zwaar dat zij onder zijn eigen gewicht verder ineenstort tot een magnetar.
Er zijn flink wat waarnemingen die dit model ondersteunen. Zo is er een repeterende radioflits ontdekt die zich inderdaad in een dubbelster lijkt te bevinden. Ook blijkt volgens Kritti Sharma van het California Institute of Technology (Caltech) dat de radioflitsen bij voorkeur optreden in zware sterrenstelsels met relatief oude sterren – dat klopt mooi met dit model.
Toch is het laatste woord hierover nog lang niet gezegd, meent Ziggy Pleunis van de Universiteit van Amsterdam. ‘We weten bijvoorbeeld ook nog steeds niet waarom sommige korte radioflitsen maar één keer afgaan, terwijl andere onregelmatig repeteren’, zegt hij. ‘Mogelijk zijn er toch een aantal mechanismen naast elkaar aan het werk.’
Om meer zekerheid te krijgen is vooral betere statistiek nodig, dus een veel groter aantal vastgelegde flitsen. En dat komt eraan. Begin volgend jaar publiceert het Canadese Chime-observatorium een nieuwe catalogus van ruim 4.200 korte radioflitsen die sinds de zomer van 2018 zijn gedetecteerd. Door de waarnemingen van Chime te ‘koppelen’ met die van andere, kleinere telescopen in Noord-Amerika lukt het sinds dit jaar ook steeds beter om de posities van een nieuwe flits nauwkeurig vast te leggen, zodat bekend is uit welk sterrenstelsel hij kwam.
Daarnaast wordt er gewerkt aan compleet nieuwe observatoria. Zo moet over een paar jaar DSA-2000 (Deep Synoptic Array) beginnen in een afgelegen vallei in de Amerikaanse staat Nevada: een verzameling van maar liefst tweeduizend kleine schotelantennes, verspreid over een gebied van 15 bij 20 kilometer. Volgens projectleider (en congresorganisator) Vikram Ravi zal DSA-2000 tussen de vijf en de vijfentwintig korte radioflitsen per dag detecteren.
Ook in Australië, Zuid-Afrika en het Verre Oosten verrijzen de komende tijd nieuwe telescopen die het mysterie te lijf gaan. Daaronder is een Taiwanees instrument dat uit een aantal velden van sprietachtige dipoolantennes bestaat die de hele hemel in het vizier houden, met het centrale deel gelegen in de botanische tuin van Fushan, ten zuiden van de hoofdstad Taipei. Overigens worden er ook korte radioflitsen ontdekt met de Europese Lofar-telescoop, waarvan de meeste antennes zich in Drenthe bevinden.
Zelfs als over een paar jaar nog steeds niet goed bekend is hoe de energierijke flitsen precies ontstaan, kunnen ze een belangrijke bijdrage leveren aan de astronomie. Sterrenkundigen kunnen korte radioflitsen namelijk gebruiken als een soort ‘ijkpunten’ om de evolutie van het universum te achterhalen. Als van duizenden flitsen bekend is op welke afstand in het heelal ze plaatsvonden én hoe lang het radiosignaal onderweg is geweest naar de aarde, kun je daaruit de uitdijingssnelheid en uitdijingsgeschiedenis van het heelal reconstrueren – een vraagstuk waar de laatste tijd veel over te doen is, doordat verschillende meetmethoden verschillende uitkomsten opleveren. Pas door te achterhalen welk antwoord het juiste is, krijgen kosmologen inzicht in de meest fundamentele eigenschappen van het universum.
Daarnaast bieden de raadselachtige flitsen zicht op de verdeling van de materie in het heelal, waarvan een groot deel – rond de 80 procent – zich in de ogenschijnlijk lege ruimte tussen de sterrenstelsels ophoudt, in de vorm van losse elektrisch geladen deeltjes. Dat ijle ‘plasma’ laat een karakteristieke vingerafdruk achter in het kortstondige radiosignaal zoals dat op aarde aankomt. Door duizenden korte radioflitsen te bestuderen op verschillende afstanden in de kosmos, kun je dus ook achterhalen hoe de verdeling van die materie in de loop van de miljarden jaren is geëvolueerd.
De Australische flitsonderzoeker van het eerste uur Matthew Bailes van de Swinburne-universiteit in Melbourne, die tijdens het conferentiediner herinneringen ophaalde aan de ontdekking van de eerste korte radioflits in 2007, ziet de toekomst zonnig tegemoet. ‘Het is geweldig om te zien hoeveel jonge mensen zich nu op dit onderwerp storten’, zegt hij. ‘Ik kijk nu al uit naar het volgende fast radio burst-congres, komende zomer in Montreal.’
Korte radioflitsen heb je in soorten en maten. Zo registreerden sterrenkundigen op 24 november 2020 een uitzonderlijk ‘zwak’ exemplaar in ons eigen Melkwegstelsel. Als zo’n zwakke uitbarsting zich in een ander, ver verwijderd sterrenstelsel zou voordoen, zou die vanaf de aarde niet eens opgemerkt worden.
Door rekening te houden met die energieverdeling kun je een schatting maken van het totaal aantal flitsen in het heelal. Volgens Joeri van Leeuwen van het Nederlands instituut voor radioastronomie Astron zijn dat er een paar duizend per seconde, binnen een afstand van pakweg tien miljard lichtjaar. De kosmos staat dus constant te knipperen, ook al zijn verreweg de meeste van die flitsen voor ons niet waarneembaar.
Het betekent volgens Van Leeuwen wel dat het een kwestie van tijd is voordat er een ‘heldere’ radioflits in ons eigen Melkwegstelsel afgaat. Dat zou het onderzoek naar het mysterieuze verschijnsel enorm vooruithelpen, omdat een explosie op zo’n kleine afstand in veel meer detail bestudeerd kan worden. Het is zelfs niet uitgesloten dat zo’n krachtige flits zich al een keer heeft voorgedaan – radiotelescopen kunnen nu eenmaal niet continu de hele hemel in het oog houden.
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant