SRON: Zeldzame röntgenuitbarstingen op neutronensterren vestigen snelheidsrecord

28 augustus 2014

Nieuw onderzoek aan thermonucleaire röntgenuitbarstingen op neutronensterren heeft onthuld dat heel, heel soms een schil naar buiten wordt geschoten met een snelheid die kan oplopen tot 30 procent van de lichtsnelheid. Deze hoge snelheden betekenen een record voor kernfusiereacties in het heelal, met inbegrip van nova's en thermonucleaire supernova's. Dit zeer zeldzame fenomeen, ontdekt in gegevens die niet meer dan een tiende van een seconde bestrijken uit 40 jaar röntgenwaarnemingen van de ruimte, werpt nieuw licht op hoe thermonucleaire vlammen zich over het oppervlak van neutronensterren verspreiden. De resultaten van het onderzoek zijn onlangs verschenen in Astronomy & Astrophysics.

RöntgenuitbarstingenRöntgenuitbarstingen. Illustratie: David A. Hardy

In ons melkwegstelsel kennen we ongeveer honderd neutronensterren die regelmatig röntgenuitbarstingen hebben. Elk uur zien we ergens in de Melkweg wel een röntgenflits, omdat een andere ster die toevallig vlakbij een neutronenster staat waterstof en/of helium vanuit zijn atmosfeer verliest aan de neutronenster. Het op de neutronenster opgehoopte gas ontsteekt in een thermonucleaire kettingreactie die resulteert in een minutenlange röntgenuitbarsting. De uitbarstingen zijn zo helder dat ze met een röntgendetector in de ruimte gemakkelijk vanuit de hele Melkweg te zien zijn (röntgenstraling kan niet door de aardatmosfeer heen dringen).

 

Meestal geven deze röntgenuitbarstingen geen aanleiding tot explosies. De zwaartekracht is zo sterk dat materiaal aan het steroppervlak wordt vastgehouden. Alleen wanneer een uitbarsting sterk genoeg is (in 20% van alle gevallen), kan de druk van de straling de zwaartekracht teniet doen. In zulke gevallen wordt de atmosfeer heel kort van de ster getild om dan weer terug te worden getrokken. Het nieuwe onderzoek heeft nu, uit meer dan tienduizend ontdekte uitbarstingen, twee uitbarstingen geïdentificeerd die zo sterk zijn dat ze een schil met een enorme snelheid van de ster af blazen. Die schil, die maar enkele tientallen milliseconden zichtbaar is, wordt met een snelheid van 10 tot 30% van de lichtsnelheid weggeslingerd.

 

 

Record

“De gevonden snelheden zijn hoger dan ooit gemeten aan andere thermonucleaire uitbarstingen in het heelal, zoals nova’s en supernova’s” zegt SRON-onderzoeker Jean in ‘t Zand. “Dit hangt vermoedelijk samen met de beginfase van zo’n uitbarsting, die we bij nova’s en supernova’s altijd missen, omdat we de uitbarsting daar pas later opmerken."

 

De zeldzaam hoge snelheden die we bij deze twee uitbarstingen zien, gaan gepaard met een snelle ontbranding van het gehele oppervlak van de neutronenster, in minder dan een milliseconde. In 't Zand: "Dit is heel snel. Het betekent dat de nucleaire vlam zich over de neutronenster verspreidt met een snelheid van bijna eentiende van de lichtsnelheid. Dit heeft interessante consequenties voor de theorieën over het ontbranden van de vlam en over hoe de nucleaire kettingreactie werkt. Normale ontstekingsmechanismen zouden hier wel eens niet kunnen werken. De atmosfeer van de neutronenster zou wel eens kunnen ontbranden in een soort van zelfontstekingsmechanisme. In ieder geval stimuleren de waarnemingen nieuw theoretisch werk."

 

 

 

Neutronensterren

Een neutronenster is eigenlijk een mislukt zwart gat. Beide zijn overblijfselen van sterren minimaal een paar keer zo zwaar als onze zon, tijdens een supernova ineengestort nadat ze hun nucleaire brandstof hadden opgebruikt. Neutronensterren zijn echter lichter dan zwarte gaten, waardoor de ineenstorting een halt toegeroepen wordt voordat de ster achter de waarneemhorizon verdwijnt. Ze hebben dan een diameter van slechts ongeveer 20 kilometer. Dit houdt in dat ze een zichtbaar oppervlak hebben waar een zwaartekracht heerst die zo'n tienduizend miljard keer sterker is dan op de aarde. Als je er materie op gooit, is het effect enorm. De materie stapelt zich op in een 1 meter dikke laag, met aan de onderkant zo'n hoge druk dat een gigantische waterstofbom, gevoed door kernfusie, tot ontbranding komt. De ontbranding duurt een fractie van een seconde en verhit de atmosfeer tot tientallen miljoenen graden. De daaropvolgende afkoeling is te zien als een minutenlange uitbarsting in röntgenstraling.

De eerste röntgenuitbarsting is in 1975 door SRON ontdekt met de eerste in Nederland gebouwde Astronomische Nederlandse Satelliet, kortweg ANS. Inmiddels zijn er meer dan tienduizend gedetecteerd, waarvan vele met het Nederlands-Italiaanse röntgen-observatorium BeppoSAX (1996-2002) en de NASA missie Rossi X-ray Timing Explorer (1995-2012). Het hier gepresenteerde onderzoek is gebaseerd op metingen met laatstgenoemde satelliet.

 

Publicatie

Het onderzoek is uitgevoerd door Jean in 't Zand (SRON Netherlands Institute for Space Research), Laurens Keek (Center for Relativistic Astrophysics of the Georgia Institute for Technology, Atlanta) en Yuri Cavecchi (Anton Pannekoek Instituut Universiteit van Amsterdam).

De onderzoeksresultaten zijn verschenen in Astronomy & Astrophysics (volume 568, artikel A69, augustus 2014) 


Bron: SRON Netherlands Institute for Space Research

Kenmerken

Wetenschapsterrein

NWO-breed Sociale en Geesteswetenschappen Toegepaste en Technische Wetenschappen Exacte en Natuurwetenschappen

Speerpunt

Nationale rol NWO-instituten

Contact

Neem voor meer informatie contact op met de afdeling Communicatie, via +31 (0)70 344 07 29 of mail naar: