Op
hol geslagen neutronenster door Hubble vastgelegd
Astronomen
nemen 3 uur durende uitbarsting waar - 14-11-2000
Dankzij
de Hubble Ruimtelescoop is men er in geslaagd een alleenstaande, op
hol geslagen neutronenster op de gevoelige plaat vast te leggen. Daarnaast
werd de langste uitbarsting van een (andere) neutronenster geregistreerd.
De kosmische explosie duurde maar liefst 3 uur. Tijd dus om deze raadselachtige
ruimteobecten van nabij te bekijken.
Extreme
stellaire objecten
Tot voor enkele decennia waren neutronensterren enkel theoretische
constructies, die op geen enkele manier waargenomen konden worden.
Daar kwam in 1967 verandering in, toen Jocelyn Bell en haar begeleider
Anthony Hewish de eerste pulsar ontdekten. In feite verrichtten zij
onderzoek naar de enkele jaren eerder (1963) ontdekte quasars, toen
Bell tussen de verzamelde data een signaal ontdekte dat elke seconde
en een derde terugkeerde. Eventjes werd gedacht aan buitenaardse intelligentie
die contact trachtte op te nemen, maar al gauw werden andere pulsars
ontdekt. De gegevens die werden verzameld maakten duidelijk dat de
pulseringen snel zijn, erg regelmatig en met de tijd lichtjes toenemen.
Dat betekent dat de diameter van het object waarvan het signaal afkomstig
is niet groter kan zijn dan 10,000 km, iets wat afgeleid kan worden
door de pulstijd te relateren aan de lichtsnelheid. Dat beperkte de
mogelijkheden tot witte dwergen, zwarte gaten en neutronensterren,
maar na nadere analyse konden alleen neutronensterren als valabele
kandidaten weerhouden worden, waarmee de eerste directe observatie,
zij het door radiosignalen, een feit was. Deze ontdekking wordt, samen
met de registratie van de kosmische achtergrondstraling en de ontdekking
van quasars, bij de belangrijkste astronomische doorbraken van de
2de helft van de 20ste eeuw gerekend en onder meer hierom ontving
Anthony Hewish in 1974 de Nobelprijs voor Fysica.
Aan het einde van een sterrenleven worden de nucleaire processen in
de kern te zwak om nog genoeg druk te produceren om te verhinderen
dat de ster onder haar eigen gewicht instort. Bij sterren met een
gemiddelde massa, zoals de zon, verloopt dit instortingsproces relatief
traag en zijn de gevolgen beperkt. De zon zal zo een witte dwerg worden.
Sterren die een massa hebben van 8 tot 30 keer die van de zon storten
veel sneller in elkaar en de gevolgen zijn dan ook veel dramatischer.
De binnenste delen van een dergelijke ster vormen een neutronenster,
terwijl de buitenste delen in een gigantische explosie, een supernova,
de ruimte worden in geslingerd. Als een ster met een massa van meer
dan 30 keer de massa van de zon in elkaar klapt ontstaat een zwart
gat.
Neutronensterren verenigen enkele uiterst extreme karakteristieken
in zich. Ze zijn klein, met een maximale grootte van ongeveer 40 kilometer
doorsnee, vermits grotere sterren een zwart gat zullen vormen. Tegelijk
is de dichtheid van een neutronenster erg hoog, zo hoog dat 1,4 keer
de massa van de zon wordt samengepakt in een bol met een diameter
van 12 kilometer. Bij een dergelijke dichtheid zou de totale wereldbevolking
in een klontje suiker passen. Bovendien hebben neutronensterren de
sterkste magnetische velden in het gekende universum, honderd triljoen
keer sterker dan het magnetische veld van de aarde. Tenslotte hebben
neutronensterren een extreem snelle rotatietijd: terwijl de zon 25-30
dagen nodig heeft om een omwenteling te voltooien, doen neutronensterren
daar soms minder dan een seconde over. Dat is een gevolg van de dramatische
ineenstorting, net zoals een kunstschaatser steeds sneller zal draaien
als hij zijn armen intrekt. Deze extreme kenmerken maken van neutronensterren
geliefde studieonderwerpen, omdat op die manier domeinen van de fysica
betreden kunnen worden die op geen enkele andere manier voor observatie
openstaan.
Recente
observaties
Dankzij de Hubble Ruimtetelescoop is men er in geslaagd de totnogtoe
meest nabije neutronenster, RX J185635-3754, waar te nemen. Deze ster
bevindt zich ongeveer 200 miljoen lichtjaar van ons verwijderd en
beweegt zich richting aarde. Op dit moment bevindt het object zich
in in het sterrenbeeld Corona Australis en het zal binnen 300.000
jaar de aarde op een veilige afstand van 170 lichtjaar passeren. Vooral
het geïsoleerd karakter ervan is een bron van opwinding voor de ontdekkers,
doorgaans zijn neutronensterren pulsars of maken zij deel uit van
een binair systeem. Omdat zij alleen door de ruimte dwaalt, kan het
aantrekken van waterstofgas uit andere objecten geen bron van warmte
zijn. De warmte van de neutronenster is dan ook een gevolg van de
relatief jonge leeftijd van het object, waardoor het nog steeds aan
het afkoelen is. Dat laat toe uit te maken hoe snel neutronensterren
afkoelen. En omdat de ster zo zich dicht bij de aarde bevindt, is
zij een ideale toetssteen voor de huidige nucleaire astrofysische
theorieën. Ook de snelheid waarmee RX J185635-3754 zich door de aardse
hemel beweegt is indrukwekkend: 389.000 km/u.
Een andere recente waarneming bevestigt nogmaals het extreme karakter
van neutronensterren. Met behulp van de Rossi X-ray Timing Explorer
is een drie uur durende uitbarsting van een neutronenster vastgesteld.
Nu barsten neutronensterren wel vaker uit, vaak meerdere keren per
dag. Deze uitbarstingen duren doorgaans ongeveer tien seconden, maar
deze duurde maar eventjes duizendmaal langer. Deze unieke explosie
vond plaats in het binaire systeem 4U 1820-30 op een afstand van 200.000
lichtjaar. De compagnon van de neutronenster, een dwerg met lage massa
die voornamelijk uit helium bestaat, leverde de noodzakelijke grondstoffen.
De zwaartekracht van de neutronenster steelt helium bij zijn kleinere
metgezel, die in de nieuwe, ultra-dichte omgeving door de immense
druk wordt opgewarmd en uiteindelijk explodeert.
De langdurige uitbarsting wordt verklaard door een laag koolstof die
resteert van het tot ontbranding gekomen helium en al gauw door een
nieuwe heliumlaag wordt bedekt. De graduele toename van koolstof resulteert
door de extreme omstandiheden uiteindelijk in een nucleaire explosie,
die in dit geval drie uur duurde. Daarbij kwam een hoeveelheid energie
vrij die overeenstemt met 20 maal de jaarlijkse energieproduktie van
de zon.
Ook hier gaat het om een opmerkelijke vaststelling. Het voorkomen
van dergelijke uitbarstingen werd al als theoretische mogelijkheid
erkend, maar nog nooit waargenomen. Ook hier biedt deze waarneming
een mooie gelegenheid om de astrofysische theorieën aan de praktijk
te toetsen, iets wat in de astronomie niet altijd even vanzelfsprekend
is.
(DdV)
Related links:
De Rossi
X-ray Timing Explorer
©
David de Vaal
