XMM-Newton zoomt in op ultracompacte ster
Onderzoekers van het Nederlandse instituut voor ruimteonderzoek SRON, NASA en de Columbia University in New York hebben voor het eerst de afmetingen kunnen vaststellen van een neutronenster, één van de meest compacte objecten uit het heelal. De ruimteonderzoekers bestudeerden het licht dat vrijkomt bij kernexplosies op het oppervlak van de ster. Ze gebruikten daarvoor het onder verantwoordelijkheid van SRON gebouwde ruimteinstrument RGS, aan boord van ESA’s röntgensatelliet XMM-Newton.
Mens van 18 miljard ton
Neem een bol ter grootte van de stad Utrecht. Pers daarin anderhalf keer de massa van de zon en je hebt een neutronenster. Een theelepeltje materie van de ster zou op aarde vele tonnen wegen, en een gemiddeld mens weegt op het oppervlak van de neutronenster maar liefst 18 miljard ton. 'Dankzij het enorme lichtvangend vermogen van XMM-Newton hebben we nu waarnemingen kunnen doen die ons een indruk geven van de bizarre omstandigheden in een neutronenster', zegt Mariano Mendez van SRON. 'Maar ook Einstein heeft ons een handje geholpen.'
Neutronensoep
Een neutronenster is het stoffelijk overschot van een ster die oorspronkelijk vele malen zwaarder was dan onze zon. Aan het eind van zijn leven, wanneer de brandstof op is, blaast de ster tijdens een supernova-uitbarsting de buitenste lagen van zich af. Wat overblijft stort in elkaar tot een bol met een straal van ongeveer tien kilometer en een enorm zwaartekrachtsveld. De druk in zo'n ster is zo gigantisch groot, dat zelfs atomen niet meer kunnen bestaan. Het binnenste van een neutronenster is waarschijnlijk een soep van neutronen. 'Onze metingen brengen ons op het spoor van het recept van de neutronensoep', aldus Frits Paerels van de Columbia University, die zijn 'roots' bij SRON heeft.
De bestudeerde neutronenster, EXO 0748-676, staat in het sterrenbeeld 'Vliegende Vis' aan de zuidelijke sterrenhemel en vormt samen met een gewone ster een dubbelstersysteem. Hun relatie is nogal uit evenwicht: door de enorme zwaartekracht van de neutronenster wordt zijn partner letterlijk uitgezogen. Materie stroomt van de gewone ster naar de neutronenster en vormt daar op het oppervlak een samengeperste laag van enkele centimeters dik. Als de druk voldoende hoog is start een explosieve kernreactie die even de hele omgeving in lichterlaaie zet.
'Met XMM-Newton hebben we het licht van 28 van die kernexplosies opgevangen om die met de RGS tot in detail te ontrafelen.', vertelt Mendez. 'Een tijdje hebben we ons het hoofd gebroken over een opvallend, maar onverklaarbaar detail in het spectrum, totdat iemand op het idee kwam om er Einstein eens bij te halen.'
Einsteins laboratorium
In zijn begin vorige eeuw geformuleerde Algemene Relativiteitstheorie voorspelde Albert Einstein dat er met licht onder invloed van zwaartekracht merkwaardige dingen kunnen gebeuren. Een sterk zwaartekrachtsveld zou in staat moeten zijn energie aan licht te onttrekken. Het effect zou dan waarneembaar zijn als een roodachtige verkleuring van het licht.
'Deze gravitationele roodverschuiving was al eens gezien in een laboratorium en op de zon, maar nog nooit bij een neutronenster. Toen we de theorie vergeleken met onze waarnemingen vielen plotseling alle puzzelstukjes op hun plek', vertelt Mendez opgetogen. 'Het effect is direct afhankelijk van de verhouding tussen de massa en de straal van de neutronenster. Daarmee is het betrekkelijk eenvoudig de toestand in het binnenste van de neutronenster te bepalen.'
De resultaten leveren een handvat op voor onderzoek naar materie in extreme omstandigheden, zoals in een neutronenster, maar ook in de oersoep die het heelal was vlak na de oerknal. Mendez: 'Ik kan amper wachten tot XMM-Newton weer op een nieuwe neutronenster gericht is.'
Op 7 november presenteren de onderzoekers, Jean Cottam (NASA), Frits Paerels (Columbia University) en Mariano Mendez (SRON), hun bevindingen in het wetenschappelijk tijdschrift Nature.
