Gammalicht van nova – wissenschaft.de

Wanneer een witte dwerg veel materiaal van een begeleidende ster absorbeert, is het een nova – een thermonucleaire explosie in zijn atmosfeer. Nu zijn astronomen er voor het eerst in geslaagd om de hoogenergetische gammastraling die daarbij wordt uitgezonden vast te leggen en een maand lang te volgen wat er tijdens zo’n supernova gebeurt. Waarnemingen lieten onder meer zien dat de schokgolf van zo’n explosie deeltjes versnelt in de buurt van een theoretisch haalbaar maximum. Volgens dit zijn nieuwe uitbarstingen efficiënte kosmische versnellers zoals supernova’s, en dus mogelijke veelvoorkomende oorzaken van kosmische straling.

In tegenstelling tot een supernova, waarbij een massieve ster explodeert en instort, vernietigt een supernova zijn schepper niet. Het wordt geactiveerd wanneer een witte ster – een uitgebrand stellair overblijfsel – in een dubbelstersysteem draait en materiaal aantrekt van zijn begeleidende ster. Als gevolg hiervan verzamelen zich steeds meer gassen rond de witte dwerg en neemt zijn massa toe. Als deze kritische limiet wordt overschreden, de zogenaamde Chandrasekhar-limiet, vindt er een thermonucleaire explosie plaats: de processen van kernfusie van waterstof worden kort in de schaal geplaatst, waarbij krachtige straling en energie vrijkomt. In de resulterende supernova spuwt de witte dwerg grote delen van zijn “gestolen” omhulsel, maar blijft intact. Zo kan deze cyclus van materiële accumulatie en nova-explosie periodiek worden herhaald.

Witte dwerg en rode reus

HESS-astronomen, onder leiding van Alison Mitchell van de Universiteit van Erlangen-Neurenberg en Stefan Ohm van het Duitse Electron Synchrotron DESY, zijn er voor het eerst in geslaagd om de energetische gammastraling van zo’n supernova bijna vanaf het begin en gedurende een maand te observeren. opvolgen. Dit werd mogelijk gemaakt door een nova-explosie die op 8 augustus 2021 plaatsvond in het dubbelstersysteem RS Ophiuchus. Dit duo, op ongeveer 7.500 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Ophiuchus, bestaat uit een witte dwerg en een rode reus die om elkaar heen draaien op een afstand van slechts 1,48 astronomische eenheden – bijna anderhalf keer de afstand tussen de aarde en de Zon.

Omdat een witte dwerg bijna continu materiaal van zijn metgezel trekt, vinden in dit systeem herhaaldelijk nova-explosies plaats, waarvan sommige met het blote oog zichtbaar zijn. Tussen 1898 en 2006 werden acht van dergelijke uitbarstingen gedetecteerd. Toen optische telescopen in de nacht van 8 augustus 2021 opnieuw een toename van de helderheid bij RS Ophiuchi detecteerden, werden ook astronomen op de Fermi Gamma Ray Satellite en High Energy Stereoscopic System (HESS) in Namibië gewaarschuwd. . De laatste bestaat uit vijf Cherenkov-telescopen die kleine lichtflitsen detecteren die worden geproduceerd door hoogenergetische gammastralen wanneer ze deeltjes in de atmosfeer van de aarde raken. De volgende nacht richtten HESS-astronomen hun telescopen in de richting van de nieuw ontdekte supernova. Aangevuld met waarnemingen van NASA’s Fermi Space Telescope, die de minder actieve gammastralingsband bestrijkt, hebben astronomen de evolutie van de nova meer dan een maand kunnen volgen.

kosmische deeltjesversneller

“Dit is de eerste keer dat een supernova is waargenomen in hoogenergetisch gammastraling”, zegt Alison Mitchell. Uit de verkregen gegevens blijkt dat bij de explosie bij RS Ophiuchi grote hoeveelheden hoogenergetische gammastraling vrijkwamen. Om deze intensiteit te bereiken, moeten de protonen en andere deeltjes die door de nova’s worden geproduceerd, worden versneld tot energieën die honderden keren hoger zijn dan in eerdere nova’s. Het meest waarschijnlijke scenario is dat protonen en andere atoomkernen sterk zullen versnellen op het uitdijende schokfront en in botsing zullen komen met materie die wordt samengeperst door de stellaire winden die de rode reus de ruimte in blaast. Co-auteur Brian Revell van het Max Planck Institute for Nuclear Physics legt uit. Met behulp van de optische gegevens schat het team dat de frontale botsing van de RS Ophiuchi met enkele duizenden kilometers per seconde de ruimte in sloeg.

De waarnemingen geven ook aan dat de energie van de explosie efficiënter werd omgezet in de versnelling van deeltjes in deze nieuwe explosie. Protonen en andere deeltjes zijn versneld tot energieniveaus die dicht bij hun theoretische maximum liggen, melden de astronomen. “Het feit dat de theoretische limiet voor het daadwerkelijk versnellen van deeltjes in kosmische schokgolven kan worden bereikt, heeft enorme implicaties voor de astrofysica”, zegt co-auteur Ruslan Konno van DESY in Zeuthen. “Het suggereert dat het versnellingsproces net zo effectief zou kunnen zijn bij extremere kosmische explosies – zogenaamde supernova’s.” Dit betekent dat nova’s ook meer kunnen bijdragen dan eerder werd aangenomen aan kosmische straling – een alomtegenwoordige “regen” van subatomaire deeltjes die uit alle richtingen van het universum komen. De bronnen die deze straling voeden, zijn tot nu toe slechts gedeeltelijk opgehelderd.

Bron: HESS Samenwerking, Wetenschap, doi: 10.1126/science.abn0567

© wissenschaft.de – Nadia Podebregaard