Katholieke Universiteit Nijmegen
Hoe een zwart gat kan oplichten
Nijmeegse sterrenkundigen hebben rekenmethode voor gravitatiegolven
De energieafgifte bij een gammaflits in de vorm van
zwaartekrachtsgolven blijkt zichtbaar te kunnen zijn. Bij de botsing
van twee neutronensterren verstoren zwaartekrachtgolven het omringende
magneetveld, waardoor gammastraling ontstaat. Dit is bewezen door
sterrenkundige Joachim Moortgat, promovendus bij prof. Jan Kuijpers
van de KU Nijmegen. Hiermee wordt ook het vermoeden versterkt dat een
neutronendubbelster een van de bronnen is van gammaflitsen, de
krachtigste explosies in het heelal. De Nijmeegse bevindingen zijn
gepubliceerd in het tweede meinummer van Astronomy & As-trophysics.
De Nijmeegse astronomen zijn de eersten ter wereld die het is gelukt
om deze interactie met zwaartekrachtgolven te berekenen. Dat is gelukt
door te kijken naar de zogenaamde korte gammaflitsen
(gammastraling-uitbarsting). Dat zijn korte flitsen gammalicht,
waarbij een gigan-tische hoeveelheid energie vrijkomt. In minder dan
een seconde komt meer energie vrij dan onze zon in haar hele
levensloop van ca. 10 miljard jaar zal uitstralen. Twee keer per dag
kan er vanaf aarde zo'n gammaflits worden waargenomen, die tot aan de
rand van het heelal plaatsvinden. Deze gammastraling is niet zichtbaar
met het blote oog. Verwacht werd dat het versmelten van een
neutronendubbelster de bron ervan zou zijn. Daarom heeft Moortgat zich
op deze dubbelsterren gericht bij zijn onderzoek en gekeken naar de
veranderingen in de plasmawind van de neutronensterren, ten tijde van
hun versmelting.
Ontstaan zwart gat
Neutronensterren zijn zeer compacte objecten, met een zeer hoog
soortelijk gewicht, waardoor ze sterke gravitatiegolven veroorzaken.
In een dubbelstersysteem draaien twee neutro-nensterren om elkaar
heen. Als gevolg van hun beider zwaartekrachtgolven bewegen ze
lang-zaam naar elkaar toe. Op een gegeven moment zijn de twee sterren
elkaar zo dicht genaderd dat ze op elkaar botsen en versmelten. Een
zwart gat is geboren.
Plasmawind
Gammaflitsers zijn de meest krachtige bron van zwaartekrachtsgolven in
ons heelal. Bij de botsing komt een enorme uitbarsting van energie
vrij: een gammaflits. Zo'n negentig procent van de energie die daarbij
vrijkomt, wordt uitgestoten via gravitatiegolven. Deze
zwaartekrachtsgolven worden door het plasma van de neutronenster heen
gejaagd. Een neutronen-ster stoot namelijk voortdurend een bundel van
plasma uit, de zogenaamde plasmawind. Plasma is een heet gas dat
bestaat uit geladen deeltjes (elektronen en positronen). Deze ge-laden
deeltjes bewegen in het supersterke magneetveld van de neutronenster
van 1012 Tesla (ter vergelijking: het aardmagnetisch veld is minder
dan 0,001 Tesla).
Deze zwaartekrachtsgolven die door het plasma stoten verstoren het
magneetveld en veroorzaken golven in het plasma. De energie in deze
golven kan alleen ontsnappen door licht uit te stralen: direct of pas
na versnelling. In beide gevallen is het resultaat dat een deel van de
enorme hoeveelheid zwaartekrachtsgolven bijdraagt aan het licht van
een gammaflitser.
Einsteins relativiteitstheorie
Gravitatiegolven kunnen met onze huidige technologie nog niet direct
worden waargenomen. Alleen indirect is het bestaan van
zwaartekrachtsgolven bewezen door de kleiner wordende baan van een
neutronendubbelster (waargenomen in 1974 door Taylor en Hulse, waar ze
later de Nobelprijs voor kregen). Gravitatiegolven zijn een logisch
gevolg van Einsteins relativi-teitstheorie: volgens Einstein kunnen ze
ruimte en tijd vervormen. Om gravitatiegolven te kunnen veroorzaken is
een heel zwaar object nodig. De planeten in ons zonnestelsel
veroorzaken alleen verwaarloosbare golven, waarbij de vervorming zo
klein is dat het niet meetbaar is.
`Gravitational and magnetosonic waves in gamma-ray bursts', J.
Moortgat en J. Kuij-pers, Astronomy & Astrophysics 402, 905-911 (2003)
27-5-2003