Neutronensterren groter dan eerder gedacht (?)

Wanneer een massieve ster sterft, is er eerst een supernova-explosie. Wat overblijft, wordt dan een zwart gat of een neutronenster.

Die neutronenster is het dichtste hemellichaam dat astronomen kunnen waarnemen, met een massa die ongeveer 1,4 keer zo groot is als de zon. Over deze indrukwekkende objecten is echter nog weinig bekend. Nu heeft een onderzoeker van de Florida State University een stuk gepubliceerd in Physical Review Letters waarin hij beweert dat nieuwe metingen met betrekking tot de neutronenhuid van een loden kern ertoe kunnen leiden dat wetenschappers theorieën over de totale grootte van neutronensterren heroverwegen.

Bij de foto: Een samengesteld beeld van de supernova 1E0102.2-7219 bevat röntgenstralen van Chandra (blauw en paars) (*), zichtbaar lichtgegevens van het MUSE-instrument (**) van VLT (helderrood) en aanvullende gegevens van Hubble (donkerrood en groen). In het midden bevindt zich een neutronenster, de ultradichte kern van een massieve ster die instort en een supernova-explosie ondergaat. Foto: NASA.

Kortom, neutronensterren kunnen groter zijn dan wetenschappers eerder hadden voorspeld.

"De afmeting van die huid, hoe deze zich verder uitstrekt, is iets dat correleert met de grootte van de neutronenster", zegt Jorge Piekarewicz, een Robert O. Lawton hoogleraar natuurkunde.

Piekarewicz en zijn collega's hebben berekend dat een nieuwe meting van de dikte van de neutronenhuid van lood een straal tussen 13,25 en 14,25 kilometer impliceert voor een gemiddelde neutronenster. Op basis van eerdere experimenten met de neutronenhuid, schatten andere theorieën de gemiddelde grootte van neutronensterren op ongeveer 10 tot 12 kilometer.

Het werk van Piekarewicz vormt een aanvulling op een studie, ook gepubliceerd in Physical Review Letters, door natuurkundigen met het Lead Radius Experiment (PREX) van de Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Het PREX-team voerde experimenten uit waarmee ze de dikte van de neutronenhuid van een loden kern konden meten bij 0,28 femtometer - of 0,00000000000028 millimeter.

Een atoomkern bestaat uit neutronen en protonen. Als er meer neutronen zijn dan de protonen in de kern, vormen de extra neutronen een laag rond het midden van de kern. Die laag zuivere neutronen wordt de huid genoemd.

Het is de dikte van die huid die zowel experimentele als theoretische natuurkundigen heeft geboeid, omdat het licht kan werpen op de totale grootte en structuur van een neutronenster. En hoewel het experiment op lood werd uitgevoerd, is de fysica van toepassing op neutronensterren - objecten die een triljoen (of biljoen miljoen) keer groter zijn dan de atoomkern.

Piekarewicz gebruikte de resultaten van het PREX-team om de nieuwe algemene metingen van neutronensterren te berekenen.

"Er is geen experiment dat we in het laboratorium kunnen uitvoeren dat de structuur van de neutronenster kan onderzoeken", zei Piekarewicz. “Een neutronenster is zo'n exotisch object dat we het in het lab niet hebben kunnen nabootsen. Dus alles wat in het laboratorium kan worden gedaan om ons te beperken tot of ons te informeren over de eigenschappen van een neutronenster, is erg nuttig. "

De nieuwe resultaten van het PREX-team waren groter dan eerdere experimenten, wat natuurlijk van invloed is op de algemene theorie en berekeningen met betrekking tot neutronensterren. Piekarewicz zei dat er nog meer werk aan het onderwerp moet worden gedaan en dat nieuwe technologische vooruitgang voortdurend bijdraagt ​​aan het begrip van wetenschappers van de ruimte.

"Het verlegt de grenzen van kennis," zei hij. "We willen allemaal weten waar we vandaan komen, waaruit het universum is gemaakt en wat het uiteindelijke lot van het universum is."

Auteur: Jan Vyvey
Bron: Florida State University

(*) Het Chandra X-ray observatory is een satelliet die astronomische waarnemingen doet in het röntgengebied. Op aarde zijn die niet mogelijk omdat röntgenstraling niet door de aardatmosfeer kan dringen. Er worden waarnemingen gedaan van zeer energierijke processen in het heelal zoals neutronensterren, zwarte gaten en overblijfsels van supernova's. Chandra is een samenwerking van NASA met onder meer het Nederlandse ruimteonderzoeksinstituut SRON en het Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE) in Garching (bij München) voor de transmissie-interferentietralie voor zachte röntgenstraling (LETG, Low Energy Transmission Grating). Chandra X-ray Observatory is de tweede van NASA's Great Observatories, een ruimtevaartprogramma van ruimtetelescopen waartoe ook de ruimtetelescoop Hubble, Compton Gamma Ray Observatory en de Spitzer Space Telescope behoren.

(**) ESO’s Very Large Telescope (VLT) heeft zijn eerste licht opgevangen met behulp van een nieuwe adaptieve optische modus die ‘lasertomografie’ wordt genoemd. Dat heeft opmerkelijk scherpe testbeelden opgeleverd van de planeet Neptunus, sterrenhopen en andere objecten. Het baanbrekende MUSE-instrument van de VLT in Narrow Field Mode kan, in samenwerking met de adaptieve-optiekmodule GALACSI, deze nieuwe techniek gebruiken om te corrigeren voor turbulentie op verschillende hoogten in de atmosfeer. Het is nu mogelijk om op zichtbare golflengten foto’s vanaf de grond te maken die scherper zijn dan die van de Hubble-ruimtetelescoop van ESA en NASA.