Op 3 juni, op 3, 9 miljard lichtjaar afstand, botsten twee ongelooflijk dichte neutronensterren - lichamen die elk ongeveer 1, 5 keer de massa van de zon zijn maar alleen de grootte van slechts steden - op elkaar botsen. Wetenschappers die het evenement bestuderen, zeggen dat het een blijvend mysterie oplost over de vorming van elementen in ons universum.
"Het is een zeer snelle, catastrofale, extreem energetische soort explosie", zegt Edo Berger, een astronoom bij het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. De massale botsing bracht een krachtige straal gammastralen door het universum vrij. De flits, die maar twee tienden van een seconde duurde, werd opgepikt door de Swift-satelliet van NASA en stuurde astronomen naar elkaar om gegevens te verzamelen.
De komende dagen richtten telescopen in Chili en de Hubble-ruimtetelescoop hun aandacht op dat gebied in de ruimte. Vandaag hebben Berger en collega's op een persconferentie in Cambridge, Massachusetts aangekondigd dat hun analyse onthult dat neutronensterbotsingen verantwoordelijk zijn voor de vorming van vrijwel alle zware elementen in het universum - een lijst met goud, kwik, lood, platina en meer.
"Deze vraag waar elementen als goud vandaan komen, bestaat al lang", zegt Berger. Hoewel veel wetenschappers al lang hebben beweerd dat supernova-explosies de bron waren, zegt hij dat zijn team - waaronder Wen-fai Fong en Ryan Chornock van de astronomie-afdeling van Harvard - bewijs heeft dat supernova's niet nodig zijn. Deze neutronensterbotsingen produceren alle elementen die zwaarder zijn dan ijzer, zegt hij, "en ze doen het efficiënt genoeg zodat ze al het goud kunnen verwerken dat in het universum is geproduceerd."
Dergelijke botsingen doen zich voor wanneer beide sterren in een binair systeem afzonderlijk als supernova's exploderen en vervolgens in zichzelf instorten en een paar strak gebonden neutronensterren achterlaten. Terwijl ze elkaar omcirkelen, worden de sterren geleidelijk aan samengetrokken door zwaartekrachten, totdat ze botsen.
"Ze zijn extreem dicht - in wezen kogels vliegen op elkaar met ongeveer tien procent de snelheid van het licht, " zegt Berger. De resulterende botsing brengt zoveel massa op één locatie samen dat het op zichzelf instort en de vorming van een zwart gat in gang zet. Een kleine hoeveelheid materie wordt echter naar buiten gegooid en wordt uiteindelijk opgenomen in de volgende generatie sterren en planeten elders in de omliggende melkweg. Nauwgezette observatie van deze nieuwste botsing met neutronensterren heeft de inhoud van deze uitgeworpen materie onthuld.
Terwijl het zwarte gat gevormd werd, zei Berger, bracht het een gammastraaluitbarsting vrij die gecodeerd was als GRB (gammastraaluitbarsting) 130603B. Binnen enkele minuten zochten instrumenten in Chili naar verder bewijs van de botsing en vonden een korte 'nagloeiing' van zichtbaar licht, gegenereerd door de deeltjes die werden weggegooid door de explosie die in de omgeving botsen. Dit gaf astronomen de exacte locatie en afstand van de gebeurtenis, en het feit dat de botsing relatief dichtbij plaatsvond - althans in astronomische termen - gaf hoop dat er een kans zou bestaan om nieuwe soorten gegevens te verzamelen die voorheen niet beschikbaar waren.
Op 12 juni detecteerde de Hubble-telescoop, getraind op deze locatie, een duidelijke emissie van infrarood licht, een signaal gescheiden van de eerste explosie. De infraroodhandtekening, zegt Berger, was het gevolg van het radioactieve verval van exotische zware elementen (zoals uranium en plutonium) die tijdens de botsing werden gevormd en naar buiten werden uitgestoten. Vanwege de manier waarop zware elementen worden gevormd, moet goud zich ook hebben gevormd. "De totale hoeveelheid van deze zware elementen geproduceerd was ongeveer een procent van de massa van de zon, " merkt hij op. "Goud, in die verdeling, is ongeveer 10 delen per miljoen - dus dat komt tot ongeveer tien keer de massa van de maan in goud alleen."
Omdat het team weet hoe vaak deze botsingen voorkomen en nu ruwweg kan afleiden hoeveel materiaal bij elke gebeurtenis wordt gegenereerd, kunnen ze de totale hoeveelheid zware elementen die door botsingen met neutronensterren worden geproduceerd, vergelijken met de bekende hoeveelheid in het universum. De conclusie van het team, die vandaag ook werd gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters, is dat deze gebeurtenissen een voldoende verklaring zijn voor al onze zware elementen, inclusief goud. Nadat het is gemaakt in dit soort botsingen en naar buiten wordt uitgeworpen, worden de zware elementen uiteindelijk opgenomen in de vorming van toekomstige sterren en planeten. Wat betekent dat al het goud op aarde, zelfs het goud in je trouwring, waarschijnlijk afkomstig is van de botsing van twee verre sterren.
De nieuwe bevinding lost ook een gerelateerde vraag op: of deze specifieke soort gammastralingsemissie - een "korte duur" burst genoemd - definitief kan worden gekoppeld aan de botsingen van twee neutronensterren. "We hadden heel wat indirect bewijs verzameld dat suggereert dat ze afkomstig zijn van de botsing van twee neutronensterren, maar het ontbrak ons echt aan een duidelijke handtekening" rokend pistool ", zegt Berger. "Dit evenement biedt voor het eerst dat 'rokende pistool.'"
De komende jaren zullen het Harvard-Smithsonian team en anderen blijven zoeken naar botsingen met neutronensterren, zodat verdere gegevens kunnen worden verzameld en geanalyseerd. Het is echter toevallig dat het hebben van zo'n zeldzame gebeurtenis (in de Melkweg gebeurt dit eens om de 100.000 jaar) op een afstand die dichtbij genoeg is voor dit soort observaties. "Ik heb het laatste decennium van mijn leven geprobeerd de kwestie van gammaflitsen aan te pakken, nauwgezet bewijsmateriaal te verzamelen en te wachten op die ene grote gebeurtenis", zegt Berger. "Het is zo bevredigend om eindelijk dat bewijs te krijgen dat ons kan vertellen wat er gaande is op een meer definitieve manier."
