Neutronensterren en pulsars

Het overblijfsel van een supernova-explosie is een zogeheten neutronenster. Neutronensterren zijn niet groter dan een kilometer of dertig, maar ze kunnen een paar keer zo zwaar zijn als de zon. Ze hebben dus een enorm hoge soortelijke dichtheid: één theelepeltje neutronenstermaterie weegt een miljard ton! Die materie bestaat vrijwel uitsluitend uit neutronen, en in een neutronenster is geen sprake meer van afzonderlijke atoomkernen. In feite zou je de neutronenster kunnen beschouwen als één gigantische atoomkern.

Doordat neutronensterren de ineengestorte kernen van zware sterren zijn, draaien ze enorm snel rond. Bij het kleiner worden blijft de hoeveelheid draaiing namelijk behouden, en vertoont de ster een steeds snellere rotatie, net zo als een kunstrijdster die bij een pirouette op het ijs haar armen intrekt om sneller rond te draaien. Uiteindelijk kan de rotatiesnelheid aan de evenaar van een neutronenster wel tien procent van de lichtsnelheid bedragen – dertigduizend kilometer per seconde!

pulsar

Neutronensterren zijn niet alleen heel klein; ze stralen ook vrijwel geen licht uit. In het sterrenbeeld Tweelingen is een neutronenster ontdekt op een afstand van slechts enkele tientallen lichtjaren, maar die is alleen met de allergrootste telescopen op aarde te zien. Met een radiotelescoop zijn neutronensterren in sommige gevallen echter wél heel goed zichtbaar. Dat bleek in 1967, toen de eerste pulsar werd ontdekt.

De naam ‘pulsar’ is een samentrekking van pulsating (radio-)star. Britse sterrenkundigen ontdekten een bron van radiostraling die met de regelmaat van de klok aan en uit ging. De kosmische knipperbol produceerde elke vier seconden drie korte radiopulsjes. Aanvankelijk dacht men de kunstmatige radiosignalen van een buitenaardse beschaving ontdekt te hebben, en de mysterieuze radiobron kreeg de codenaam LMG-1 (Little Green Men).

Inmiddels zijn er ongeveer tweeduizend pulsars bekend, en weten sterrenkundigen dat ze niets met kleine groene mannetjes te maken hebben. In plaats daarvan gaat het om snel roterende neutronensterren met een sterk magnetisch veld. Elektrisch geladen deeltjes in de onmiddellijke omgeving van de neutronenster worden in hun beweging beïnvloed door het magnetisch veld, en komen met hoge snelheid terecht op de magnetische noord- en zuidpool van de neutronenster. Daar ontstaan twee extreem hete plekken, die bundels van krachtige radiostraling uitzenden.

Net als op aarde vallen de magnetische polen van de neutronenster niet per se samen met de rotatiepolen, en tijdens de snelle aswenteling van het supercompacte sterretje zwiepen de radiobundels door het heelal als de bundels van een vuurtoren. Wanneer de aarde zich toevallig in de baan van zo’n bundel bevindt, zien we de radiopulsjes van de neutronenster. Anders gezegd: elke pulsar is een neutronenster, maar niet elke neutronenster is een pulsar.

Oude pulsars knipperen meestal minder snel dan jonge: door allerlei effecten verliezen ze in de loop van de tijd rotatie-energie. Maar wanneer de pulsar zich ineen dubbelstersysteem bevindt, en er materie van de begeleider op terecht komt, kan hij als een priktol worden opgezweept tot een veel hogere rotatiesnelheid. Zulke ‘opgewonden’ pulsars worden millisecondepulsars genoemd: ze produceren een paar honderd radiopulsjes per seconde, en hebben dus een rotatieperiode van hooguit enkele milliseconden.

In 1992 werd bij een van die millisecondepulsars, PSR1257+12 geheten, een planetenstelsel ontdekt. De planeten verraden hun aanwezigheid door minieme variaties in de pulsfrequentie, veroorzaakt door de zwaartekracht van de planeten. De pulsarplaneten lijken in geen enkel opzicht op de aarde, en leven kan er niet op voorkomen: de energierijke röntgen- en radiostraling van de pulsar is dodelijk. Bovendien gaat het hier waarschijnlijk niet om planeten die indertijd tegelijk met de ster zijn gevormd, maar om samenballingen van materie die pas zijn ontstaan ná de supernova-uitbarsting waarbij de pulsar werd gevormd.

Wanneer twee zware sterren in een dubbelstersysteem allebei een supernova-explosie ondergaan, is een dubbele neutronenster het resultaat: twee supercompacte, snel rondtollende mini-sterretjes die met enorm hoge snelheid om elkaar heen draaien. Volgens Einsteins relativiteitstheorie verliest zo’n dubbele neutronenster energie in de vorm van gravitatiegolven, en zullen de twee neutronensterren elkaar steeds dichter naderen. Uiteindelijk komen ze met elkaar in botsing, en wordt vrijwel al hun massa omgezet in energie. Een gigantische uitbarsting van gammastraling is het gevolg. Zulke ‘gammaflitsers’ worden ongeveer eens per dag op willekeurige plaatsen aan de sterrenhemel waargenomen, en in 1997 werd met behulp van de Nederlands-Italiaanse satelliet Beppo-SAX aangetoond dat ze optreden in extreem ver verwijderde sterrenstelsels.

Leave a Reply