Bij het einde van zware sterren doen zich onvoorstelbaar krachtige explosies voor. De kernfusieprocessen in het binnenste van zo’n ster kunnen op een gegeven moment onvoldoende druk genereren om de verpletterende zwaartekracht te weerstaan. De sterkern klapt in elkaar tot een neutronenster of een zwart gat en de buitenste lagen vliegen het heelal in. Tijdens zo’n supernova-explosie is de helderheid van de ster miljoenen maal het oorspronkelijke niveau. Vaak is hij tot in de uithoeken van het heelal te zien, in een breed bereik van golflengten.
Maar het kan er in het heelal nóg heftiger aan toegaan. In 1963 wordt er een internationaal verdrag gesloten die het uitvoeren van kernproeven in de atmosfeer verbiedt. Amerika brengt satellieten in de ruimte om te controleren of dat verbod ook wordt nageleefd. De satellieten hebben een gammastralingsdetector aan boord; kortdurende storen gammastraling zijn een kenmerk van zo’n kernproef. In 1967 meet de Vela-4 satelliet inderdaad een gammaflits. Alleen, die blijkt niet vanaf de aarde te komen. Wat is de aard van deze krachtigste explosies in het heelal sinds de oerknal?
Dertig jaar verandert er niets aan dit mysterie. In 1997 slaagt de Italiaans-Nederlandse satelliet BeppoSax er in om het raadsel deels op te lossen. De Nederlandse groothoekröntgencamera’s weten de positie van gammaflitsers nauwkeurig te bepalen aan de hand van hun kortdurend ‘nagloeien’ in röntgenstraling. Telescopen op aarde die in zichtbaar licht metingen doen, worden op de positie gericht. Op de hemelpositie waar het nagloeien van de röntgenstraling wordt waargenomen, blijkt in het zichtbaar licht een vlekje te zien. Het gaat om een melkwegstelsel. Astronomen van de Universiteit van Amsterdam, onder leiding van Jan van Paradijs, slagen er in spectra op te nemen in het zichtbare licht. Uit de roodverschuiving van de spectraallijnen kan de van ons af gerichte snelheid worden gemeten. En die snelheid kan, op de 'maat' van het uitdijende heelal, worden vertaald in een afstand.
Gammaflitsen worden nu bijna routinematig waargenomen, met name door de SWIFT-satelliet van NASA, gelanceerd op 20 november 2004. Er zijn inmiddels, halverwege 2011, ongeveer 1000 gebeurtenissen vastgelegd. Het blijkt dat er verschillende soorten flitsen voorkomen, met verschillen in de flitsduur en intensiteit. De lange, intense flitsen hangen samen met het einde van zware sterren: een zware supernova. Er zijn extreme gevallen die een andere oorzaak hebben. Op 28 maart 2011 begon een gamma’flitser’ die 2,5 maanden aanhield! Waarschijnlijk verorberde een superzwaar zwart gat in het centrum van een ver sterrenstelsel een hele ster, en was de stralingsbundel loodrecht op de materieschijf precies op de aarde gericht.
Het onderzoek van materie in extreme omstandigheden, nabij neutronensterren en zwarte gaten, profiteert sterk van de waarnemingen van de Rossi X-Ray Timing Explorer Mission (RXTE), een NASA-missie met internationale participanten. De satelliet kijkt met name naar de oscillaties, soms op milliseconden-schaal, die zich voordoen in röntgendubbelsterren of nabij (zware) zwarte gaten. De missie is al sinds 1995 actief.
Een belangrijke röntgenmissie in de nabije toekomst is ASTRO-H. Deze Japanse satelliet moet in 2014 worden gelanceerd. SRON levert belangrijke technologie voor de röntgenspectrometer SXS. Het instrument kan tegelijkertijd nauwkeurige spectra opnemen en kaarten maken van het gebied rond groepen van sterrenstelsels en bijvoorbeeld supernovaresten.
Toekomstig onderzoek rond exploderende sterren zal zich vooral concentreren op het ontraadselen van de aard van donkere materie en donkere energie. En op de processen die zich afspelen in het extreem sterke zwaartekrachtsveld rond compacte objecten, met name zwarte gaten. Over donkere materie en donkere energie is een apart venster opgenomen onder de categorie Vragen voor de toekomst.
De Italiaans-Nederlandse satelliet BeppoSAX had twee van deze rontgen groothoekcamera's aan boord. Deze Wide Field Camera's (WFC) zorgden voor de ontraadseling van de gammaflitsen
BeppoSAX instrumenten tijdens de test in de cleanroom
Neuskegel die de satelliet BeppoSAX beschermt tijdens de lancering naar de ruimte
ESA's XMM-Newton satelliet is nog steeds actief en borduurt voort op het werk van BeppoSAX
NASA's Chandra X-ray Observatory vormt samen met ESA's XMM-Newton een tandem van rontgentelescopen. Beide satellieten zijn nog steeds actief en zorgen voor een fascinerende stroom van ontdekkingen
Animatie van verschillende stadia in het leven van een massieve ster. Ze eindigen als een neutronenster of zwart gat. Als ze daarna materiaal 'opzuigen' vormen ze vaak een bron van rontgenstraling
Animatie van een gammaflits. Astronomen denken dat sommige flitsen ontstaan bij het ineenstorten van een heel zware ster, of het samensmelten van neutronensterren
Animatie van superzwaar zwart gat en de snel draaiende materieschijf
Animatie van de aanblik van een zwart gat op korte afstand buiten de materieschijf
BeppoSAX waarnemingen van gamma-ray burst GRB 970228. Via de nauwkeurige hemelpositie van de nagloeiende rontgenbron konden aardse telescopen een spectrum in zichtbaar licht opnemen en zo de afstand meten
In zichtbaar licht verdwijnt de nagloeier van deze gammaflits binnen enkele dagen
BeppoSAX vervolgwaarnemingen in het gebied rond Gamma-ray burst (gammaflits) GRB 970402
BeppoSAX ontdekking van het nagloeien in rontgenlicht van de gammaflits GRB 971214
Opnamen, kort na elkaar genomen in zichtbaar licht, van de gammaflits GRB 971214
Waarneming van NASA's Chandra rontgensatelliet van de rontgen nagloeier van een gammaflits
Chandra ziet materie ontsnappen uit een accretieschijf rond een zwart gat. Rechts een tekening die laat zien wat er vermoedelijk gebeurt
Chandra observeert een neutronenster met een atmosfeer van koolstofgas
Tekening van een lichte röntgendubbelster met daarin een neutronenster waar een materieschijf om heen draait
Indruk van het verloop van een gammaflits
XMM-Newton waarneming van het rontgenspectrum van een materieschijf rondom een neutronenster:
XMM-Newton waarneming van het nagloeien van een gammaflits (GRB 031203)
NASA's SWIFT satelliet bouwt voort op het baanbrekende werk van BeppoSAX
Rossi X-ray Timing Explorer Mission (RXTE) van NASA
ESA overwoog een toekomstige rontgensatelliet te bouwen onder de naam IXO/Athena maar het is onzeker of zo'n missie wordt doorgezet