24 mei 2018

Nou weten we eindelijk hoe zwaar neutronensterren maximaal kunnen zijn: 2,16 zonsmassa

Simulatie van zwaartekrachtgolven van botsende neutronensterren.

Van witte dwergen wisten sterrenkundigen al hoe zwaar ze maximaal kunnen zijn: 1,4 keer de massa van de zon, gepropt in een bol met een volume van de aarde, de zogeheten Chandrasekhar-limiet. Van neutronensterren was dat maximum tot voor kort niet goed bekend. Er was een theoretisch maximum, de Tolman-Oppenheimer-Volkoff limiet genoemd, maar die was decennia niet erg nauwkeurig. Tot nu. Want met de waarnemingen aan de zwaartekrachtgolf GW170817, die dit jaar wereldwijd werd waargenomen en die veroorzaakt werd door twee botsende en samensmeltende neutronensterren. De dichtheid van de gedegenereerde – ontaarde – neutronen in een neutronenster is enorm: het gehele Himalayagebergte in een bierglas en je hebt een idee ervan. Luciano Rezzolla van het Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) ging wat studenten aan de slag met de waarnemingen aan ‘kilonova’ GW170817 en op basis daarvan konden ze een heel strikt maximum voor de massa van neutronensterren berekenen, de genoemde 2,16 zonmassa, plus en min een paar procent, gepropt in een volume van pakweg 24 km doorsnede. Strikt in de zin dat de neutronenster niet meer massa moet krijgen, want anders stort ‘ie in tot zwart gat. Eén enkele neutron er bij en het is zover, de neutronenster wordt een zwart gat. Let wel: dit maximum geldt alleen voor niet-roterende neutronensterren! Naast de waarnemingen van GW170817 was er nog een fundament voor de berekening: de zogeheten ‘universele relaties’ aanpak, dat wil zeggen dat praktisch alle pulsars op elkaar lijken en dezelfde eigenschappen hebben, hetgeen betekent dat die eigenschappen als dimensieloze hoeveelheden kunnen worden weergegeven. Alle details van de berekeningen zijn hier te vinden, onlangs gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters. Bron: Goethe Universiteit.

Reacties

  1. … dat wil zeggen dat praktisch alle pulsars op elkaar lijken en dezelfde eigenschappen hebben, hetgeen betekent dat die eigenschappen als dimensieloze hoeveelheden kunnen worden weergegeven.

    De zin ná de komma snap ik niet Arie. Wil je met me uitleggen?

    Dank je.

  2. … dat wil zeggen dat praktisch alle pulsars op elkaar lijken en dezelfde eigenschappen hebben, hetgeen betekent dat die eigenschappen als dimensieloze hoeveelheden kunnen worden weergegeven.

    De zin ná de komma snap ik niet Arie. Wil je het me uitleggen?

    Dank je.

  3. Die dimensieloze eigenschappen hebben zoals de naam al zegt geen dimensies. Ze worden niet uitgedrukt in een bepaalde eenheid, zoals we wel doen met massa (kg), temperatuur (graden C) en afstand (km). De bekendste dimensieloze constante (ja, die heb je ook) is de fijn-structuur constante, die ongeveer 1/137 bedraagt.

  4. In “the real world” bestaan er m.i. helemaal geen non-rotating neutronensterren, het is in strijd met de conservatie van het rotatie momentum van de oorspronkelijke ster. De collaps hangt m.i. dus samen met de rotatiesnelheid zoals men terecht opmerkt, maar ook temperatuur, magnetische as (precessie hoek) en vast nog wel meer parameters die het in praktijk onder deze condities niet echt “dimensieloos” maken.

  5. Volgens Wikipedia ontstaan Zwarte Gaten uit sterren van minimaal 5 zonsmassa’s, die, na te zijn opgebrand, imploderen/exploderen.
    Uit bovengenoemd onderzoek begrijp ik dat de massa van een, op deze manier gevormd, Zwart Gat minimaal 2,16 zonsmassa’s bedraagt.

    Mag ik dan concluderen dat bij een supernova ongeveer 60% van de massa explodeert en 40% ‘implodeert’?
    [ Als er meer buitenste schillen worden af gestoten, zou er (slechts) een neutronenster ontstaan. ]

    Groet, Paul

  6. Zwarte gaten die ontstaan door de botsing en samensmelting van twee neutronensterren zijn qua massa anders dan zwarte gaten die ontstaan na een supernova. De eerste categorie zal inderdaad minstens 2,16 zonsmassa zwaar zijn, de tweede categorie is zwaarder, vanaf pakweg vijf zonsmassa (zie https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_black_hole )

Laat wat van je horen

*