Wat zijn neutronensterren?

Schematische opbouw van een neutronenster
Schematische opbouw van een neutronenster

Neutronensterren zijn sterren met de grootte van een flinke stad en een massa van ongeveer 1,4 zonsmassa. Ze ontstaan uit de explosieve dood van andere, grote sterren.

Als sterren met een massa van vier tot acht zonsmassa tijdens een supernova-explosie aan hun einde komen dan worden hun buitenste lagen weggeblazen en blijft er een kleine, hele compacte kern over die ineen blijft storten. De zwaartekracht perst met materiaal zo dicht op elkaar dat protonen en elektronen samensmelten tot neutronen. Hier komt ook de term “neutronenster” vandaan.

Neutronensterren hebben hun volledige massa samengeperst in een object met een doorsnede van ongeveer 20 kilometer. Een theelepeltje materie van een neutronenster weegt miljarden tonnen. Gemiddeld is de zwaartekracht op een neutronenster 2 miljard maal groter dan de zwaartekracht op Aarde. De zwaartekracht van een neutronenster is sterk genoeg om de straling van de ster af te buigen. Dit proces noemen we zwaartekrachtslenzen en stelt astronomen in staat om te zien wat er zich voorbij de ster bevindt.

De kracht van de supernova-explosie waaruit de neutronenster ontstaat zorgt ervoor dat die enorm snel om zijn as draait. Er zijn neutronensterren gevonden die 43.000 maal per minuut om hun as draaien. Deze snelheid wordt in de loop van de tijd wel kleiner.

Als een neutronenster deel uitmaakt van een dubbelstersysteem dat de gigantische supernova-uitbarsting heeft overleefd (of de neutronenster heeft een passerende begeleider ingevangen) dan kan het allemaal nog veel interessanter worden. Als de tweede ster een massa heeft kleiner dan de Zon dan zal er materie van de begeleider in een zogenaamde Roche bubbel worden geduwd. Dit is een ballonachtige wolk van materie die om de neutronenster draait. Begeleidende sterren met een massa tot 10 zonsmassa veroorzaken op eenzelfde manier overdracht van materie maar ze zijn erg instabiel en de materieoverdracht zal niet lang duren.

Sterren met een massa van meer dan 10 zonsmassa verplaatsen materie in de vorm van een zeer sterke stellaire wind. De materie vloeit langs de magnetische polen van de neutronenster waardoor er als gevolg van de zeer hoge temperaturen pulsaties van röntgenstraling ontstaan.

Rond 2010 waren er met behulp van radiodetectie ongeveer 1800 pulsars ontdekt en ongeveer 70 met behulp van gammastraling. Er zijn zelfs pulsars waar planeten omheen draaien.

Soorten neutronensterren

Sommige neutronensterren hebben jets van materie die met bijna de lichtsnelheid worden uitgestoten. Als deze bundels de Aarde passeren lichten de neutronensterren als de lamp van een vuurtoren op. Wetenschappers noemen dit pulsars naar hun pulserende uiterlijk. Normale pulsars draaien met een periode tussen 0,1 en 60 maal per seconde maar er zijn ook milliseconde pulsars bekend die 700 maal per seconde om hun as draaien.

 

Schematische weergave van een röntgen pulsar
Schematische weergave van een röntgen pulsar

Als röntgenpulsars materiaal invangen van zwaardere begeleiders dan vindt er een interactie plaats met het magneetveld en dat produceert hoogenergetische bundels die op radiogolflengtes, optische golflengtes en als röntgen- en gammastraling zichtbaar zijn. Omdat hun voornaamste energiebron afkomstig is van het materiaal van hun begeleider worden ze vaak accretie aangedreven pulsars genoemd. Spin aangedreven pulsars worden aangedreven door de rotatie van de ster waarbij hoogenergetische elektronen reageren met het magneetveld boven de polen van de pulsar. Omdat sommige delen heter zijn dan andere delen van de ster kunnen jonge neutronensterren voor ze beginnen af te koelen ook pulsen van röntgenstraling produceren.

De neutronenster produceert gammastraling doordat materiaal van de pulsar in de magnetosfeer wordt versneld. Het energietransport in deze gammastralen pulsars vertraagt de rotatiesnelheid van de ster.

Het flikkeren van pulsars is dermate voorspelbaar dat onderzoekers zeggen dat ze gebruikt kunnen worden voor de navigatie tijdens ruimtevaartvluchten. Er zijn milliseconde pulsars die zo constant zijn dat ze, net als atoomklokken, gebruikt kunnen worden in een gps-navigatiesysteem.

De gemiddelde neutronenster heeft een heel sterk magneetveld. Het magneetveld van de Aarde heeft een sterkte van ongeveer 1 Gauss. Het magneetveld van de Zon heeft een sterkte van enkele honderden Gauss. Een neutronenster heeft een magneetveld in de grootteorde van ongeveer 1 biljoen Gauss.

Magnetars hebben magnetische velden die tot wel duizendmaal sterker zijn dan die van de gemiddelde neutronenster. Dat zorgt ervoor dat deze sterren langzamer om hun as draaien.

Schematische weergave van de werking van een pulsar
Schematische weergave van de werking van een pulsar

Magnetars maken alles in hun omgeving kapot. In de buurt van een magnetar worden atomen uitgerekt tot penseelachtige staafjes. Magnetars vertonen ook uitbarstingen van hoogenergetische straling.

Binnen een afstand van ongeveer 1000 kilometer zijn de magneetvelden zó sterk dat ze iedere moleculaire structuur aantasten. Ons menselijk lichaam zou er gewoon “oplossen”.

Net zoals bij gewone sterren kunnen ook neutronensterren om elkaar heen draaien. Als ze dicht genoeg bij elkaar komen kunnen ze naar elkaar toe spiraliseren en als een “kilonova” hun ondergang tegemoet gaan.

De botsing van twee neutronensterren werd voor het eerst in 2017 gedetecteerd aan de hand van zwaartekrachtsgolven en licht die erbij vrijkwamen. Het onderzoek leidde ook tot gedegen bewijs dat botsingen van neutronensterren de bron zijn van goud, platina en andere zware elementen in het heelal.

De herkomst van de zwaarste chemische elementen in het heelal heeft astronomen lange tijd voor een raadsel gesteld maar nu is het eerste waarneembare bewijs gevonden dat ze ontstaan tijdens het samensmelten van neutronensterren. Mogelijk zijn deze versmeltingen zelfs de belangrijkste bron van elementen zwaarder dan ijzer.

Bij de krachtige botsing kwamen enorme hoeveelheden licht vrij en ontstonden er zwaartekrachtsgolven die door het heelal geen golfden. Maar wat er met de twee objecten is gebeurd na hun botsing is nog onduidelijk.

Wetenschappers die de met behulp van de LIGO de zwaartekrachtsgolven hebben ontdekt weten niet of het restant een zwart gat is of een nieuwe neutronenster of iets anders.

De waarneming van deze botsende neutronensterren was de eerste in vermoedelijk eentje van velen. Astronomen hopen op deze manier veel meer te leren over de interne structuur van materie in het heelal.

Eerste publicatie: 1 augustus 2013
Volledige revisie: 24 augustus 2018

 

 

 

 

 

Eerste publicatie: 1 augustus 2013
Laatste keer bewerkt op: 4 maart 2017

We doen ons best om alle artikelen zonder taal-, tik- en inhoudelijke fouten te plaatsen maar ondanks alle controle zie je zelf vaak je eigen fouten niet meer. Daarom stellen we het uitermate op prijs als je een fout komt melden!
Als je een spelfout hebt gevonden selecteer dan a.u.b. de tekst en druk Ctrl+Enter. Heb je een inhoudelijke fout gevonden, schrijf dan in het commentaarveld wat er volgens jou niet correct is.
We proberen alle gemelde fouten zo snel als mogelijk te verbeteren. Omdat de meldingen anoniem zijn vindt er geen communicatie plaats met de indiener. We houden ons het recht voorbehouden om meldingen niet te verwerken.

%d bloggers liken dit:

Spelling error report

The following text will be sent to our editors: