Een merkwaardige bron van radioflitsen

Astronomie Overblijfselen van zware sterren kunnen soms sterke flitsen verzenden. Maar dan zijn ze nooit zo oud als de bron van een vreemde flits die vorig jaar werd gezien.

Het sterrenstelsel M81. De vorig jaar waargenomen radioflits komt uit een zwerm van sterren hier omheen.
Het sterrenstelsel M81. De vorig jaar waargenomen radioflits komt uit een zwerm van sterren hier omheen. Foto NASA/ ESA/STScI/AURA

Twaalf radiotelescopen verspreid over de wereld, van Drenthe tot China, vingen vorig jaar buitenaardse, felle flitsen op. Nú blijkt dat de nog onbekende bron ervan op een merkwaardige plek in de kosmos staat. De bron staat ergens in een kleine zwerm van een paar van de oudste sterren in het heelal, op een afstand van zo’n twaalf miljoen lichtjaar van de aarde.

Dat botst met de gangbare theorie dat de bron van dat soort raadselachtige flitsen in een jonge, dynamische sterrengroepen zou staan. De onderzoekers, onder wie een groep Nederlandse astronomen, beschreven de bevindingen deze week in twee verschillende publicaties in de bladen Nature en Nature Astronomy. Eén studie beschrijft de eigenschappen van de flits, de andere de locatie van de bron.

Grofweg iedere minuut zijn er aan de hemel felle, korte radioflitsen te zien vanuit verschillende hoeken van de kosmos. Radioflitsen zijn lichtflitsen die voor het blote oog onzichtbaar zijn, astronomen gebruiken radio-tele-sco-pen om ze waar te nemen. De meeste verschijnen eenmalig, een paar herhalen zich.

Die korte, felle radioflitsen zijn een van de meest raadselachtige verschijnselen in de kosmos. Hoewel ze slechts enkele milliseconden duren, generen ze soms net zo veel energie als de zon doet in een jaar. Vijftien jaar geleden zagen astronomen voor het eerst zo’n flits en inmiddels zijn de locaties van twintig bronnen van verschillende flitsen gevonden. Alleen is nog onbekend wat die bronnen precies zijn – welke kosmische objecten zulke energierijke flitsen kunnen produceren.

Een compact bolletje

Wel hebben astronomen al een idee. Uit verschillende computermodellen volgde al eerder dat overblijfselen van zware, overleden sterren de flitsen kunnen vormen. Wanneer een zware ster (minimaal acht keer zo zwaar als de zon) het loodje legt, stort hij ineen onder zijn eigen gewicht. Dat gebeurt met een gigantische explosie waarbij de buitenste randen worden weggeslingerd, een supernova. Daarna blijft een compact bolletje over: een neutronenster. Varianten van de neutronenster met een sterk magnetisch veld heten magnetars en zijn zeldzaam. De sterkte van het magnetisch veld zwakt met de tijd af. Volgens de computermodellen duwt het daarbij op bepaalde momenten veel energie weg in de vorm van een radioflits. Alleen jonge magnetars waarvan het magnetisch veld nog sterk genoeg is, hebben genoeg energie om de flitsen te produceren.

Astronomen waren opgetogen toen in 2020 drie onderzoeksgroepen bewijs vonden voor die theorie. Zij herleidden met telescoopobservaties de bron van een andere radioflits en zagen dat het inderdaad een jonge magnetar was. Die magnetar staat in sterrenbeeld Vulpecula, zo’n 25.000 lichtjaar hier vandaan, en zit nog in de stofresten van de supernova.

Nu brengt het team astronomen bewijs tégen de theorie dat jonge magnetars uit supernova’s de bron zijn van radioflitsen. Daarvoor herleidden de astronomen de afkomst van radioflits FRB 20200120E met behulp van twaalf radiotelescopen verspreid over de aarde op drie verschillende dagen. De telescopen zijn onderdeel van het European Very Long Baseline Interferometry (VLBI) netwerk.

Lees meer over het VLBI-netwerk: Telescopen aller landen: verenigt u!

Als rondcirkelende bijen

„Hoe groter de telescoop, hoe preciezer je de locatie van een kosmisch object kunt vastpinnen”, zegt Franz Kirsten, astronoom bij Astron en hoofdauteur van de studie. „VLBI bootst een enorme telescoop na, zo groot als de halve wereld, door de telescopen aan elkaar te koppelen.” De astronomen zagen dat de flits uit een zwerm van sterren komt die als bijen rondjes cirkelen om M81, een sterrenstelsel in de Grote Beer. Dat soort zwermen heten bolvormige sterrenstelsels en bevatten de oudste sterren in het heelal, van zo’n tien miljard jaar oud. Kirsten: „Als daar al magnetars uit supernova’s inzaten, zijn die inmiddels te oud.

Sterk bewijs tegen een populaire radioflitsen-theorie

Christiaan Brinkerink sterrenkundige

„Dat komt doordat zware sterren, die met een supernova sterven, korter leven dan lichte. Supernova-magnetars moeten daarom kort na de vorming van de sterrenhoop zijn ontstaan. Die magnetars zijn inmiddels oud en hun magneetveld is afgezwakt.”

„Sterk bewijs tegen een populaire radioflitsentheorie”, reageert Christiaan Brinkerink. Hij is sterrenkundige aan de Radboud Universiteit en niet bij de studie betrokken. Hij is onder de indruk van de manier waarop de studie is uitgevoerd. „De onderzoekers hebben verschillende telescopen gebruikt om tot hun conclusie te komen. Bovendien komt uit de analyses van de flits op meerdere dagen steeds dezelfde locatie rollen.”

Als de bron geen jonge supernova-magnetar is, welk object in de oude sterrenzwerm veroorzaakt de flitsen dan wél? Kirsten: „Misschien een jonge magnetar die op een nieuwe manier ontstond: niet uit een vroege supernova-explosie van een zware ster, maar uit het restant van een lichte, latere, overleden ster.” Restanten van lichte sterren zijn witte dwergen. „Zolang witte dwergen maar genoeg massa uit hun omgeving verzamelen, kunnen ook zij ineenstorten onder hun eigen gewicht en zo een magnetar produceren.”

Dat magnetars ook op zo’n niet-traditionele wijze kunnen ontstaat, werd zo’n veertig jaar geleden al voorspeld. Maar, het is nog nooit gezien. „Als de bron inderdaad een jonge magnetar is, laten onze resultaten indirect een alternatieve manier voor de vorming van magnetars zien.”