Webb vindt de neutronenster in SN 1987A
De neutronenster bleef 37 jaar verborgen terwijl hij op de loer lag in de restanten van de supernova SN1987A.
Astronomen hebben met behulp van de Webb Space Telescope een einde gemaakt aan het bijna 10 jaar durende spel van verstoppertje spelen nadat ze een neutronenster ontdekten in de restanten van een stellaire explosie.
Supernova 1987A vertegenwoordigt de overblijfselen van een geëxplodeerde ster die ooit een massa had van ongeveer 8 – 10 zonsmassa en bevindt zich op een afstand van ongeveer 170.000 lichtjaar in de Grote Magelhaanse Wolk, een dwergstelsel dat onze buur is. Supernova SN1987A werd 37 jaar geleden, in 1987, voor het eerst opgemerkt door astronomen. Toen de ster explodeerde, werd de Aarde overspoeld met neutrino’s en later was de supernova ook in zichtbaar licht te zien. Dit maakte het de dichtstbijzijnde en helderste supernova die gedurende ongeveer 400 jaar aan de nachtelijke hemel zichtbaar was.
Supernova-explosies zoals deze zijn verantwoordelijk voor het bezaaien van het heelal met elementen als koolstof, zuurstof, silicium en ijzer. Deze elementen worden uiteindelijk de bouwstenen van de volgende generatie sterren en planeten en kunnen zelfs moleculen vormen die op een dag een integraal onderdeel kunnen worden van het leven zoals wij dat kennen. Bij deze explosies ontstaan ook compacte stellaire overblijfselen, hetzij in de vorm van neutronensterren of zwarte gaten; al 37 jaar weten astronomen niet welke hiervan op de loer liggen in het hart van SN 1987A.
Astronomen zijn al lange tijd op zoek naar bewijs voor een neutronenster in het gas en stof van SN 1987A en dat bewijs hebben ze eindelijk gevonden.
Hoe kan een neutronenster zich 40 jaar verbergen?
Neutronensterren worden geboren wanneer massieve sterren hun brandstofvoorraden uitputten die nodig zijn voor kernfusie in hun kernen. Hierdoor wordt de naar buiten gerichte energie afgesneden die uit de kernen van deze sterren stroomt en die hen beschermt tegen instorten onder hun eigen zwaartekracht.
Terwijl een kern van een ster instort, scheuren enorme supernova-explosies door de buitenste lagen van de ster waardoor deze worden weggeblazen. Dit laat een “dode” ster achter die zo groot is als een gemiddelde stad op Aarde maar met een massa van ongeveer 1 – 2 zonsmassa; de ster bestaat uiteindelijk uiteen vloeistof van neutronendeeltjes, de dichtste bekende materie in het heelal.
Neutronensterren worden echter tegen volledige ineenstorting beschermd door kwantumeffecten die optreden tussen neutronen in hun binnenste. Deze effecten voorkomen dat de neutronen zich ophopen. Deze zogenaamde “neutronengeneratiedruk” kan worden overwonnen als een stellaire kern voldoende massa heeft – of als een neutronenster na zijn ontstaan meer massa krijgt. Dit zou resulteren in de geboorte van een zwart gat (als het massaminimum niet wordt bereikt zal dit echter niet gebeuren).
Wetenschappers zijn er vrij zeker van dat het object in SN 1987A een neutronenster is maar ze konden de mogelijkheid niet uitsluiten dat deze onlangs overleden ster, tenminste zoals wij hem ongeveer 170.000 jaar geleden zien, niet de massa had verzameld om zichzelf in een zwart gat te transformeren.
Een andere mogelijkheid was dat de binnenvallende materie zich op de neutronenster had kunnen nestelen en ervoor gezorgd had dat deze ineenstortte tot een zwart gat. Een zwart gat was dus een mogelijk alternatief scenario maar het spectrum dat door het invallend materiaal wordt geproduceerd is echter niet het juiste type spectrum om de emissie die men ziet te verklaren.
We komen dichterbij …
De nieuw gevonden neutronenster kon zich 37 jaar lang verbergen omdat hij als pasgeborene nog steeds werd omringd door een dikke laag gas en stof die werd gelanceerd tijdens de supernova-ontploffing die de doodsstrijd van de voorloperster aankondigde.
Detectie werd belemmerd door het feit dat de supernova in de daaropvolgende jaren na de explosie ongeveer een halve zonsmassa aan stof produceerde. Dit stof fungeerde als een verduisterend scherm.
Het stof is veel minder effectief in het blokkeren van infrarood licht dan in het blokkeren van zichtbaar licht. Om door deze doodswade en in het hart van SN 1987A te kijken gebruikten de astronomen de zeer gevoelige infrarood-instrumenten van de Webb Space Telescope en dan met namen het midden-infrarood-instrument en de nabij-infraroodspectrograaf van de telescoop.
Het bewijsmateriaal voor deze verborgen neutronenster had te maken met de emissies van de elementen argon en zwavel afkomstig uit het centrum van SN 1987A. deze elementen zijn geïoniseerd wat betekent dat er elektronen van hun atomen zijn ontdaan. Deze ionisatie kan alleen plaatsvinden als gevolg van straling van een neutronenster, aldus de onderzoekers.
Dankzij de emissies kon het team een limiet stellen aan de helderheid of de lichtsterkte van de ooit verborgen neutronenster. Ze bepaalden dat deze ongeveer 1/10de van de helderheid van de Zon was.
Het team heeft misschien vastgesteld dat SN 12987A een neutronenster heeft voortgebracht maar nog niet alle mysteries van deze neutronenster zijn opgelost.
Dat komt omdat de ionisatie van zwavel en argon op twee manieren veroorzaakt kon zijn door een neutronenster. Winden van geladen deeltjes die door een snel roterende neutronenster worden meegesleurd en versneld tot bijna de lichtsnelheid, kunnen een wisselwerking hebben gehad met omringend supernovamateriaal waardoor de ionisatie is ontstaan. Of het ultraviolette en röntgenlicht dat wordt uitgezonden door het miljoen graden hete oppervlak van de hete neutronenster zou elektronen kunnen hebben weggenomen van de atomen in het hart van de supernovarestant.
Als het eerste scenario juist is dan is de neutronenster in het hart van SN 1987A feitelijk een pulsar omgeven door een pulsarnevelwind. Pulsars zijn feitelijk draaiende neutronensterren. Als het laatste scenario echter het juiste recept is voor deze emissies, heeft deze nabije supernova een “kale” of “naakte” neutronenster voortgebracht, waarvan het oppervlak direct aan de ruimte zou worden blootgesteld.
De onderzoekers suggereerden dat het mogelijk moet zijn onderscheid te kunnen maken tussen een naakte supernova en een ster bedekt met een pulsarnevelwind door verdere infraroodwaarnemingen te doen van het centrum van SN 1987A met het NIRSpec-instrument van de Webb Space Telescope.
Volgens de onderzoekers hebben ze nu een programma dat gegevens verzamelt, dat gegevens zal verkrijgen met een drie tot vier maal hogere resolutie in het nabij-infrarood. Dus door deze nieuwe gegevens te verkrijgen kunnen ze mogelijk de twee modellen onderscheiden die zijn voorgesteld om de emissie van de neutronenster te verklaren.
Het onderzoek van het team werd afgelopen week in het tijdschrift Science gepubliceerd.
Eerste publicatie: 23 februari 2024
Bron: sci-news/space.com/ESA/NASA
