ULX in M51 schijnt met de helderheid van miljoenen zonnen

De ULX in de Draaikolk-nevel
De ULX in de Draaikolk-nevel. De opname is gemaakt in röntgenlicht door de Chandra röntgentelescoop en gemengd met een opname in zichtbaar licht gemaakt door de Hubble Space Telescope. Credit: M.Brightman et al./NASA/CXC/Caltech; Optical: NASA/STScI

Astronomen hebben het vierde lid van een zeer zeldzame klasse van hemelobjecten gevonden dat schijnt met een helderheid van miljoenen zonnen.

Dergelijke objecten zijn bekend als ULX-sen: Ultra-Luminous X-ray bronnen. Objecten dus die in röntgenlicht uitermate helder zijn. Lange tijd werd gedacht dat het hier zou gaan om zwarte gaten maar recent onderzoek heeft aangetoond dat drie van deze objecten in feite hele compacte neutronensterren zijn. Met de nieuwe ontdekking zijn er nu dus 4 ULX-sen bekend. De ontdekking helpt mogelijk bij het vinden van een verklaring waarom deze objecten zo extreem helder kunnen zijn.

In de jaren 80 van de vorige eeuw ontdekten astronomen extreem heldere röntgenbronnen in de buitenste delen van sterrenstelsels, ver van de supermassieve zwarte gaten in het centrum van deze sterrenstelsels. Het duurde tot 2014 eerdat waarnemingen gedaan met de Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) van de NASA en andere ruimtetelescopen aan het licht brachten dat sommige van deze objecten in feite neutronensterren zijn. Neutronensterren zijn de uitermate compacte kernen die verblijven nadat een grote ster als supernova aan zijn einde is gekomen.

 

Astronomen hebben de Chandra röntgentelescoop van de NASA gebruikt om de ULX in het Draaikolk-stelsel te onderzoeken. Dit is een spiraalstelsel met een zeer uitgesproken vorm dat ongeveer 28 miljoen kilometer van ons is verwijderd. Ze ontdekten een ongebruikelijk dip in het spectrum van het licht dat afkomstig is van het object hetgeen ze konden identificeren als afkomstig van geladen deeltjes die ronddraaien in een magneetveld. Nu is het zo dat zwarte gaten geen magneetveld hebben en dat de dip dus afkomstig moet zijn van een neutronenster.

Neutronensterren hebben een extreem hoge dichtheid, ze hebben de grootte van een stad maar de massa van ongeveer 1,5 zonsmassa. Volgens wetenschappers kan een theelepel materiaal van een neutronenster wel een miljard ton wegen. De extreme zwaartekracht van een neutronenster kan materiaal strippen van een begeleidende ster.

Dat materiaal wordt aangetrokken de neutronenster in en raakt daardoor sterk verhit en straalt röntgenstraling uit. Uiteindelijk zal het röntgenlicht de zwaartekracht van de ster overmeesteren en materiaal gaan wegduwen. Dit punt noemen we de limiet van Eddington. Voor ULX-neutronensterren geldt dat deze röntgenstralen vele malen sterker zijn dan van normale neutronensterren en wetenschappers weten niet precies waarom.

Op dezelfde manier als wij maar een bepaalde hoeveelheid voedsel tegelijkertijd kunnen eten geldt voor een neutronenster dat er limieten zijn in de snelheid dat ze materie aan kunnen trekken. Op de een of andere manier weten ULX-en deze limiet te omzeilen waardoor ze een ongelooflijke grote hoeveelheid straling af weten te geven en de wetenschap weet dus niet hoe ze dit doen.

De geladen deeltjes die in het magneetveld rondcirkelen zorgen voor een bepaalde handtekening in het spectrum van de ster die duidt op cyclotronlijnen en die kunnen informatie verschaffen over de sterkte van het magnetisch veld van de ster. Maar dit gaat niet vanzelf. Onderzoekers moeten weten of de lijnen worden veroorzaakt door positief geladen protonen of negatief geladen elektronen. Op dit moment hebben ze nog onvoldoende gegevens om te bepalen welke set deeltjes hierbij is betrokken.

Als de cyclotronlijnen afkomstig zijn van protonen dan weten de onderzoekers dat de magnetische velden rond neutronensterren extreem sterk zijn en mogelijk een bijdrage leveren in het doorbreken van de limiet van Eddington. Een sterk magneetveld kan meehelpen de druk van röntgenstraling te reduceren die materie van de ULX wegduwt waardoor de ster meer materiaal kan opslokken van zijn begeleider dan een typische neutronenster en daardoor extreem helder kan schijnen.

Echter als de cyclotron limiet afkomstig is van ronddraaiende elektronen dat is het magneetveld van de ULX niet extra sterk en dan zou dit magneetveld geen rol spelen in de extreme lichtkracht van de ster.

De onderzoekers willen meer röntgendata verzamelen van de ULX in de Draaikolknevel en ze willen ook meer cyclotronlijnen verzamelen in de andere bekende ULX-en en ze hopen daarmee uit te kunnen zoeken hoe neutronensterren in staat zij om bepaalde limieten te doorbreken en zo extreem helder te kunnen schijnen.

Lang werd gedacht dat deze extreem heldere objecten zwarte gaten zouden zijn met een massa tot wel 1000 zonsmassa maar de ontdekking dat het eigenlijk gaat om veel minder zware neutronensterren was een complete verrassing in de astronomische wereld. Men hoopt door verder onderzoek duidelijke natuurkundige aanwijzingen te verkrijgen over hoe deze kleine objecten zo extreem helder kunnen zijn.

 

Eerste publicatie: 5 maart 2018
Bron: diverse persberichten, space.com, astrowatch, caltech