Sterbevingen in de korst van neutronensterren zouden herhaalde FRB’s kunnen verklaren

Snelle radio-uitbarstingen zijn extragalactische voorbijgaande verschijnselen die voor korte duur  van slechts 1 -1 10 milleseconden op radiogolflengtes schijnen. Het is bekend dat sommige bronnen van snelle radio-uitbarstingen herhaaldelijk vele uitbarstingen produceren. Men denkt dat deze repeaters neutronensterren zijn, maar de oorzaken van de uitbarstingen en het stralingsmechanisme zijn nog niet goed begrepen.

Snelle radio-uitbarstingen worden in vaktaal door astronomen Fast Radio Bursts genoemd (FRB’s)

Fast Radio Bursts (FRB’s) zijn raadselachtige en zelden waargenomen energetische uitbarstingen die van ver buiten het Melkwegstelsel komen.

Deze gebeurtenissen duren milliseconden en vertonen de karakteristieke spreiding van radiopulsars.

Ze zenden in één milliseconde evenveel energie uit als de Zon in 10.000 jaar, maar het fysieke fenomeen dat ze veroorzaakt is onbekend.

De eerste FRB werd in 2007 ontdekt, hoewel hij al zo’n zes jaar eerder werd waargenomen, in archiefgegevens van een pulsaronderzoek naar de Magelhaanse Wolken.

Tot nu toe zijn er meer dan honderd FRB’s gedetecteerd, maar tot nu toe is waargenomen dat slechts enkele hiervan zich herhalen.

“De oorzaak van FRB’s is onbekend, maar er zijn wel enkele ideeën naar voren gekomen, waaronder dat ze misschien zelfs van buitenaardse intelligenties afkomstig zijn”, aldus de astronomen Tomonori Totani en Yuya Tsuzuki van de universiteit van Tokio.

De huidige leidende theorie is echter dat tenminste enkele FRB’s zijn uitgezonden door neutronensterren. Deze sterren ontstaan wanneer een superreus instort en van acht maal de massa van de Zon (gemiddeld) naar een superdichte kern gaat met een doorsnede van slechts 20 tot 40 kilometer.

Magnetars zijn neutronensterren met extreem sterke magneetvelden en er is waargenomen dat deze FRB’s uitstoten.

Theoretisch werd aangenomen dat het oppervlak van een magnetar een sterbeving zou kunnen ervaren, een energie-uitstoot vergelijkbaar met aardbevingen op Aarde.

Recente observationele vooruitgang heeft geleid tot de detectie van nog eens duizenden FRB’s, dus de onderzoekers hebben van de gelegenheid gebruik gemaakt om de nu grote statistische datasets die beschikbaar zijn voor FRB’s te vergelijken met gegevens van aardbevingen en zonnevlammen, om mogelijke overeenkomsten te onderzoeken.

Tot nu toe heeft de statistische analyse van FRB’s zich geconcentreerd op de verdeling van de wachttijden tussen twee opeenvolgende uitbarstingen. Bij deze berekening wordt echter geen rekening gehouden met correlaties di mogelijk bestaan tussen andere uitbarstingen.

Daarom besloten de astronomen de correlatie in de tweedimensionale ruimte te berekenen, waarbij ze de tijd en emissie-energie van bijna 7000 uitbarstingen van drie verschillende repeater-FRB-bronnen analyseerden.

Vervolgens pasten ze dezelfde methode toe om de tijd-energiecorrelatie van aardbevingen (met behulp van gegevens van Japan) en van zonnevlammen (met behulp van gegevens van de Hinode-missie) te onderzoeken, en vergeleken de resultaten van alle drie de verschijnselen.

Ze waren verrast dat hun analyse, in tegenstelling tot andere onderzoeken, een opvallende gelijkenis liet zien tussen FRB’s en aardbevingsgegevens, maar een duidelijk verschil tussen FRB’s en zonnevlammen.

Ten eerste is de kans op een naschok bij een enkele gebeurtenis 10 – 50%. Ten tweede neemt het aantal naschokken af met de tijd, als een macht van de tijd. Ten derde is het aantal naschokken altijd constant, zelfs as de FRB-aardbevingsactiviteit (gemiddelde snelheid) aanzienlijk verandert. En ten vierde is er geen correlatie tussen de energieën van de hoofdschok en de naschok.

Dit duidt er sterk op dat er een vaste korst op het oppervlak van neutronensterren bestaat en dat bij plotselinge sterbevingen op deze korsten enorme hoeveelheden energie vrijkomen die we als FRB’s waarnemen.

“Door sterbevingen e bestuderen op verre ultradichte sterren, die totaal andere omgevingen hebben dan  de Aarde, kunnen we nieuwe inzichten verkrijgen in aardbevingen”, aldus professor Totani.

“Het binnenste van een neutronenster is de dichtste plek in het heelal, vergelijkbaar met het binnenste van een atoomkern.”

“Sterbevingen in neutronensterren hebben de mogelijkheid geopend om nieuwe inzichten te verkrijgen in materie met een zeer hoge dichtheid en de fundamentele wetten van de kernfysica.”

Het werk van het team werd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society gepubliceerd.

Artikel: Tomonori Totani & Yuya Tsuzuki. 2023. Fast radio bursts trigger aftershocks resembling earthquakes, but not solar flares. MNRAS 526 (2): 2795-2811; doi: 10.1093/mnras/stad2532

Eerste publicatie: 14 oktober 2023
Bron: sci-news