zondag, februari 9, 2025
Astronomisch Nieuws

Astronomen ontdekken mogelijk 21 neutronensterren rond zonachtige sterren

De meeste sterren in het heelal komen voor in paren. Hoewel onze eigen zon een eenling is, draaien veel sterren zoals onze Zon rond soortgelijke sterren, terwijl een groot aantal andere exotische combinaties tussen sterren en kosmische bollen het heelal doorkruisen. Zwarte gaten worden bijvoorbeeld vaak in een baan om elkaar heen aangetroffen, Eén koppeling die vrij zeldzaam is gebleken is die tussen een zonachtige ster en een soort dode ster die een neutronenster wordt genoemd.

Deze illustratie toont een dubbelstersysteem dat bestaat uit een dichte neutronenster en een normale zonachtige ster
Deze illustratie toont een dubbelstersysteem dat bestaat uit een dichte neutronenster en een normale zonachtige ster (linksboven). Met behulp van gegevens van de Gaia-missie van het European Space Agency hebben astronomen verschillende systemen zoals dit gevonden, waarin de twee lichamen ver van elkaar verwijderd zijn. Omdat de lichamen in deze systemen ver uit elkaar liggen, met afstanden die gemiddeld 300 keer zo groot zijn als een zonachtige ster, is de neutronenster inactief: hij steelt niet actief massa van zijn begeleider en is dus erg zwak. Om deze verborgen neutronensterren te vinden, gebruikten de wetenschappers Gaia-waarnemingen om te zoeken naar een schommeling in de zonachtige sterren, veroorzaakt door een trekkende werking van de in een baan om de aarde draaiende neutronensterren. Dit zijn de eerste neutronensterren die puur vanwege hun zwaartekracht zijn ontdekt. Credit: Caltech/R. Pijn (IPAC)

Nu hebben astronomen onder leiding van Kareem El-Badry van Caltech iets wat lijkt op 21 neutronensterren gevonden die in een baan rond sterren als onze Zon draaien. Neutronensterren zijn dichte, uitgebrande kernen van massieve sterren die zijn geëxplodeerd. Op zichzelf zijn ze extreem zwak en kunnen ze meestal niet direct worden gedetecteerd. Maar als een neutronenster rond een zonachtige ster draait, trekt hij aan zijn metgezel, waardoor de ster heen en weer beweegt aan de hemel. Met behulp van de Gaia-missie van de ESA konden astronomen deze veelbetekenende schommelingen opvangen en zo een nieuwe populatie donkere neutronensterren onthullen.

Het nieuwe onderzoek, gedaan door een team van astronomen van over de hele wereld, is gepubliceerd in het tijdschrift Open Journal for Astrophysics. Er zijn gegevens van verschillende telescopen op Aarde, waaronder de W.M. Keck sterrenwacht op Mauna Kea, de La Silla sterrenwacht in Chili en de Whipple sterrenwacht in Arizona gebruikt om de Gaia-waarnemingen uit te breiden en meer te leren over de massa en banen van de verborgen neutronensterren.

Hoewel er eerder neutronensterren zijn gedetecteerd in een baan rond sterren zoals onze Zon, zijn deze systemen allemaal compacter. Met een kleine afstand tussen de twee objecten kan een neutronenster (die zwaarder is dan een zonachtige ster) massa wegnemen van zijn partner. Dit massaoverdrachtsproces zorgt ervoor dat de neutronenster helder schijnt op röntgen- of radiogolflengten. Daarentegen bevinden neutronensterren in het nieuwe onderzoek zich veel verder van hun partners – in de orde van één tot drie keer de afstand tussen de Aarde en de Zon.

Deze animatie toont een dubbelstersysteem waarin een massieve compacte neutronenster in een baan om een ​​grotere zonachtige ster draait. De intense zwaartekracht van deze neutronenster met hoge dichtheid veroorzaakt aanzienlijke kromtrekkingseffecten die het zicht op de hemel eromheen vervormen, vergelijkbaar met wat er rond compactere zwarte gaten gebeurt. Credit: Caltech/R. Pijn (IPAC)

Dat betekent dat de pas gevonden stellaire lijken te ver van hun partners verwijderd zijn om materiaal van hen te stelen. Ze zijn in plaats daarvan rustig en donker. Dit zijn de eerste neutronensterren die puur vanwege hun zwaartekrachtseffecten zijn gevonden, aldus de onderzoekers.

De ontdekking komt enigszins als een verrassing omdat het niet duidelijk is hoe een geëxplodeerde ster naast een ster als onze Zon terechtkomt.

Astronomen hebben nog steeds geen compleet beeld van hoe deze binaire paren ontstaan. In principe zou de voorloper van de neutronenster enorm moeten zijn geworden en interactie hebben gehad met de ster van het zonachtige type tijdens zijn late evolutiestadium. De grote ster zou de kleine ster hebben vernietigd en hem vermoedelijk hebben verzwolgen. Later zou de voorloper van de neutronenster zijn geëxplodeerd in een supernova, die volgens modellen het binaire paar had moeten ontbinden, waardoor de neutronensterren en zonachtige sterren in tegengestelde richtingen zouden worden gestuurd.

De ontdekking van deze nieuwe systemen laat zien dat in ieder geval enkele binaire paren deze rampzalige processen overleven, ook al kunnen modellen nog niet volledig verklaren hoe.

Gaia kon de onwaarschijnlijke metgezellen vinden vanwege hun brede banen en lange perioden (de zonachtige sterren draaien rond de neutronensterren met periodes van zes maanden tot drie jaar).

Als de twee objecten te dichtbij elkaar zijn, zal de wiebeling te klein zijn om te detecteren. Met Gaia zijn onderzoekers gevoeliger voor bredere banen. Gaia is ook het meest gevoelig voor dubbelsterren die relatief dichtbij zijn. De meeste van de nieuw gevonden systemen bevinden zich binnen een straal van 3000 lichtjaar van de Aarde – een relatief kleine afstand vergeleken met bijvoorbeeld de diameter van 100.000 lichtjaar van het Melkwegstelsel.

De nieuwe waarnemingen suggereren ook hoe zeldzaam de paren zijn. De astronomen schatten dat ongeveer één op de miljoen sterren van het type Zon in een wijde baan om een neutronenster draait.

El-Bardy heeft ook interesse in het vinden van onzichtbare, slapende zwarte gaten in een baan om zonachtige sterren. Met behulp van Gaia-gegevens heeft hij twee van deze stille zwarte gaten gevonden die verborgen zijn in ons sterrenstelsel. Eén ervan, Gaia BH1 genaamd, is met een afstand van 1600 lichtjaar het dichtstbijzijnde zwarte gat tot de Aarde.

Het is niet bekend hoe deze paren met zwarte gaten zijn ontstaan. Er zitten duidelijk hiaten in de modellen voor de evolutie van dubbelsterren. Het vinden van meer van deze duistere metgezellen en het vergelijken van hun populatiestatistieken met voorspellingen van verschillende modellen zal astronomen helpen te begrijpen hoe ze ontstaan.

Artikel: Kareem El-Badry et al, A population of neutron star candidates in wide orbits from Gaia astrometry, The Open Journal of Astrophysics (2024). DOI: 10.33232/001c.121261

Eerste publicatie: 18 juli 2024
Bron: California Institute of Technology