Space Research Organization Netherlands (SRON)
06 november 2002
Kernexplosies werpen nieuw licht op ultracompacte sterren
Onderzoekers van het nationaal instituut voor ruimteonderzoek SRON,
NASA en de Columbia University in New York hebben voor het eerst de
afmetingen kunnen vaststellen van een neutronenster, één van de meest
compacte objecten uit het heelal. De ruimteonderzoekers bestudeerden
het licht dat vrijkomt bij kernexplosies op het oppervlak van de ster.
Ze gebruikten daarvoor het onder verantwoordelijkheid van SRON
gebouwde ruimteinstrument RGS, aan boord van de röntgensatelliet
XMM-Newton van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. Op 7 november
presenteren de onderzoekers Jean Cottam (NASA), Frits Paerels
(Columbia University) en Mariano Mendez (SRON) hun bevindingen in het
prestigieuze tijdschrift Nature.
Neem een bol ter grootte van de stad Utrecht. Pers daarin anderhalf
keer de massa van de zon samen en je hebt een neutronenster. Een
theelepeltje materie van de ster zou op aarde vele tonnen wegen, en
een gemiddeld mens weegt op het oppervlak van de neutronenster maar
liefst 18 miljard ton. 'Dankzij het enorme lichtvangend vermogen van
XMM-Newton hebben we nu waarnemingen kunnen doen die ons een indruk
geven van de bizarre omstandigheden in een neutronenster', zegt
Mariano Mendez van SRON. 'Maar ook Einstein heeft ons een handje
geholpen.'
Neutronensoep
Een neutronenster is het stoffelijk overschot van een ster die
oorspronkelijk vele malen zwaarder was dan onze zon. Aan het eind van
zijn leven, wanneer de brandstof op is, blaast de ster tijdens een
supernova de buitenste lagen van zich af. Wat overblijft stort in
elkaar tot een bol met een straal van ongeveer tien kilometer en een
enorm zwaartekrachtsveld. De druk in zo'n ster is zo gigantisch groot,
dat zelfs atomen niet meer kunnen bestaan. Het binnenste van een
neutronenster is waarschijnlijk een soep van neutronen. 'Onze metingen
brengen ons op het spoor van het recept van de neutronensoep', aldus
Frits Paerels, die zijn 'roots' bij SRON heeft.
De bestudeerde neutronenster, EXO 0748-676, staat in het sterrenbeeld
'Vliegende Vis' aan de zuidelijke sterrenhemel en vormt samen met een
gewone ster een dubbelstersysteem. Hun relatie is nogal uit evenwicht:
door de enorme zwaartekracht van de neutronenster wordt zijn partner
letterlijk uitgezogen. Materie stroomt van de gewone ster naar de
neutronenster en vormt daar op het oppervlak een samengeperste laag
van enkele centimeters dik. Als de druk voldoende hoog is start een
explosieve kernreactie die even de hele omgeving in lichterlaaie zet.
Een artist impression van het dubbelstersysteem EXO 0748-676
'Met XMM-Newton hebben we het licht van 28 van die kernexplosies
opgevangen om die met de RGS tot in detail te ontrafelen.', vertelt
Mendez. 'Een tijdje hebben we ons het hoofd gebroken over een
opvallend, maar onverklaarbaar detail in het spectrum, totdat iemand
op het idee kwam om er Einstein eens bij te halen.'
Einsteins laboratorium
In zijn begin vorige eeuw geformuleerde Algemene Relativiteitstheorie
voorspelt Einstein dat er met licht onder invloed van zwaartekracht
merkwaardige dingen kunnen gebeuren. Een sterk zwaartekrachtsveld zou
in staat moeten zijn energie aan licht te onttrekken. Het effect zou
dan waarneembaar zijn als een roodachtige verkleuring van het licht.
'Deze gravitationele roodverschuiving was al eens gezien in een
laboratorium en op de zon, maar nog nooit bij een neutronenster. Toen
we de theorie vergeleken met onze waarnemingen vielen plotseling alle
puzzelstukjes op hun plek', vertelt Mendez opgetogen. 'Het effect is
direct afhankelijk van de verhouding tussen de massa en de straal van
de neutronenster. Daarmee is het betrekkelijk eenvoudig de toestand in
het binnenste van de neutronenster te bepalen.'
De resultaten leveren een handvat op voor onderzoek naar materie in
extreme omstandigheden, zoals in een neutronenster, maar ook in de
oersoep die het heelal was vlak na de oerknal. Mendez: 'Ik kan amper
wachten tot XMM-Newton weer op een nieuwe neutronenster gericht is.'
artist impression van XMM-Newton