20 september 2021

Ontstaan van hypermagnetische neutronensterren verklaard?

Voorstelling van een magnetar. Credit:
ESO/L. Calçada

We blijven even in neutronensterrenland. Een speciale categorie van neutronensterren zijn de magnetars – bizarre supercompacte overblijfselen van supernova-explosies. Ze zijn voor zover bekend de sterkste magneten in het heelal – miljoenen keren sterker dan de sterkste magneten op aarde. Een team van Europese astronomen heeft nu voor het eerst een magnetar met een begeleidende ster ontdekt. Deze ontdekking helpt verklaren hoe magnetars ontstaan – een vraagstuk waar al 35 jaar mee wordt geworsteld – en waarom deze specifieke ster niet tot een zwart gat ineen is gestort, zoals astronomen zouden verwachten.Wanneer een zware ster tijdens een supernova-explosie onder zijn eigen zwaartekracht bezwijkt, verandert hij in een neutronenster of een zwart gat. Magnetars zijn zeer exotische neutronensterren. Net als andere neutronensterren zijn ze heel klein en buitengewoon compact – een theelepel neutronenstermaterie zou een massa van ongeveer een miljard ton hebben – maar daarnaast hebben ze ook extreem krachtige magnetische velden. De oppervlakken van magnetars produceren intense uitbarstingen van gammastraling, die optreden wanneer de spanningen in hun korst zo hoog oplopen dat er een zogeheten sterbeving ontstaat.De sterrenhoop Westerlund 1 [1]De open sterrenhoop Westerlund 1 is in 1961 ontdekt door de Zweedse astronoom Bengt Westerlund. Deze sterrenhoop bevindt zich achter een enorme interstellaire wolk van gas en stof, die 99,999 procent … Continue reading, die op een afstand van 16.000 lichtjaar in het zuidelijke sterrenbeeld Altaar staat, bevat één van de ruim twintig magnetars die tot nu toe in de Melkweg zijn ontdekt. Het object, dat CXOU J164710.2-455216 wordt genoemd, bezorgt astronomen al geruime tijd hoofdbrekens.Bij een eerder onderzoek is aangetoond dat de magnetar in de sterrenhoop Westerlund 1 moet zijn ontstaan bij de explosieve dood van een ster van 40 zonnemassa’s. Hierbij wordt een nieuw probleem geïntroduceerd, aangezien zulke zware sterren ineen moeten storten tot een zwart gat. Hoe kan het dan een magnetar zijn geworden?Astronomen bedachten een uitweg. Zij opperden dat de magnetar was ontstaan door de interacties tussen twee zeer zware sterren die op zo’n kleine afstand om elkaar heen draaien dat ze binnen de omloopbaan van de aarde om de zon zouden passen. Maar tot nu toe was er op de plek van de magnetar in Westerlund 1 geen begeleidende ster opgemerkt.

De sterrenhoop Westerlund 1 en de posities van de magnetar en zijn waarschijnlijke voormalige begeleider. Credit:
ESO

Daarom werd de Very Large Telescope ingeschakeld om er in andere delen van de sterrenhoop naar te gaan zoeken. De astronomen zochten naar wegloopsterren – objecten die met hoge snelheid aan de sterrenhoop ontsnappen – die door de supernova-explosie waarbij de magnetar is ontstaan zijn ‘weggeschopt’. Eén van de de sterren uit de sterrenhoop, Westerlund 1-5, bleek inderdaad de juiste kenmerken te vertonen.Niet alleen heeft deze ster een snelheid die het gevolg kan zijn van een supernova-explosie, hij is ook veel te helder om als enkelvoudige ster geboren te zijn. Bovendien heeft hij een ongewoon koolstofrijke samenstelling die een enkelvoudige ster onmogelijk tot stand kan brengen – een duidelijk bewijs dat hij oorspronkelijk een begeleider moet hebben gehad.Dankzij deze ontdekking konden de astronomen reconstrueren waarom er in dit geval een magnetar is ontstaan in plaats van het verwachte zwarte gat [2]Naarmate sterren ouder worden verandert de chemische signatuur van hun kernreacties – elementen die deze reacties voeden raken uitgeput, en de eindproducten van deze reacties stapelen zich op. … Continue reading. Het begon ermee dat de zwaarste van de twee sterren zonder brandstof kwam te zitten, opzwol en zijn buitenste lagen overdroeg aan zijn minder zware begeleider – de latere magnetar – waardoor deze steeds sneller ging draaien. Deze snelle rotatie lijkt een essentiële voorwaarde te zijn voor de vorming van het ultra-sterke magnetische veld van de magnetar.Ten gevolge van de massa-overdracht werd de begeleidende ster vervolgens zo zwaar dat deze op zijn beurt een aanzienlijk deel van zijn zojuist verworven massa afstootte. Veel van deze massa is verloren geraakt, maar een deel ervan bereikte de oorspronkelijke ster, die we nu kennen als Westerlund 1-5. Het is deze uitwisseling van materiaal die Westerlund 1-5 een unieke chemische signatuur heeft gegeven en ervoor heeft gezorgd dat de massa van zijn begeleider voldoende afnam om een magnetar te laten ontstaan in plaats van een zwart gat.Het lijkt er dus op dat het hebben van een stellaire begeleider een essentiële voorwaarde is voor het ontstaan van een magnetar. De snelle rotatie die het gevolg is van de massa-overdracht tussen twee sterren lijkt noodzakelijk om het ultra-sterke magnetische veld te genereren, en vervolgens zorgt een tweede fase van massa-overdracht ervoor dat de magnetar-in-wording voldoende afslankt om uiteindelijk niet tot een zwart gat ineen te storten.

Het volledige onderzoek kan hier gelezen worden.

Bron: European Southern Observatory.

References

References
1 De open sterrenhoop Westerlund 1 is in 1961 ontdekt door de Zweedse astronoom Bengt Westerlund. Deze sterrenhoop bevindt zich achter een enorme interstellaire wolk van gas en stof, die 99,999 procent van zijn zichtbare licht tegenhoudt. Daarom heeft het zo lang geduurd om de ware aard van deze specifieke sterrenhoop te ontdekken.Westerland 1 is een uniek natuurlijk laboratorium voor het onderzoek van extreme stellaire fysica, dat astronomen veel informatie geeft over ontstaan en levensloop van de zwaarste sterren in de Melkweg. Uit hun waarnemingen leiden astronomen af dat deze extreme sterrenhoop maar liefst 100.000 zonsmassa’s aan sterren bevat, die zich binnen een straal van minder dan zes lichtjaar van elkaar bevinden. Daarmee is Westerlund 1 de eerste supersterrencluster die in de Melkweg is ontdekt. Vermoedelijk zal Westerlund 1 zich in de toekomst ontwikkelen tot een bolvormige sterrenhoop binnen de schijf van de Melkweg.Alle onderzochte sterren van Westerlund 1 hebben dertig tot veertig keer zoveel massa als de zon. Omdat zulke sterren maar kort leven – astronomisch gezien dan – moet Westerlund 1 heel jong zijn. Astronomen schatten zijn leeftijd op 3,5 tot 5 miljoen jaar. Daarmee behoort Westerlund 1 tot de jongste sterrenhopen van onze Melkweg.
2 Naarmate sterren ouder worden verandert de chemische signatuur van hun kernreacties – elementen die deze reacties voeden raken uitgeput, en de eindproducten van deze reacties stapelen zich op. Aanvankelijk is de chemische vingerafdruk van de ster rijk aan waterstof en stikstof, maar arm aan koolstof. Pas heel laat in het leven van een ster neemt de koolstofsignatuur toe; tegelijkertijd worden waterstof en stikstof teruggedrongen. Aangenomen wordt dat het onmogelijk is dat enkelvoudige sterren tegelijkertijd rijk zijn aan waterstof, stikstof en koolstof, zoals bij Westerlund 1-5 het geval is.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.