Chandra en XMM-Newton zien hoe een witte dwerg zijn begeleider roostert en verscheurt

Illustratie van de witte dwerg en zijn begeleider. Credit: Illustration: NASA/CXC/M. Weiss; X-ray (Inset): NASA/CXC/ASIAA/Y. Chu. et al.NASA/CXC/M. Weiss; X-ray (Inset): NASA/CXC/ASIAA/Y.-H. Chu, et al.

Sterrenkundigen hebben met behulp van NASA’s Chandra en ESA’s XMM-Newton röntgenruimtetelescopen een witte dwerg ontdekt die bezig is om zijn begeleider – een planeet of een kleine ster – te roosteren en aan stukken te scheuren. Met die telescopen onderzochten ze de röntgenactiviteit van drie witte dwergen en eentje daarvan bleek bijzonder te zijn: KPD 0005+5106 bleek een veranderlijke lichtcurve te hebben, iedere 4,7 uur was er een afname en daarna een toename van de röntgenstraling. Het is een witte dwerg die 1300 lichtjaar van ons vandaan staat in de Melkweg (sterrenbeeld Cassiopeia) en met een temperatuur aan het oppervlak van 200.000 K is hij loeiheet (ter vergelijking: de zon is 6000 K heet). Wat blijkt nu uit die periodieke verandering van de straling: dat er een begeleider om KPD 0005+5106 heen draait die er slechts 800.000 km vandaan staat, da’s 1/30e van de afstand tussen Mercurius en zon. Door de korte afstand stroomt er continu materie van de begeleider (waarvan de exacte aard nog niet is vastgesteld, al lijkt het eerder een planeet á la Jupiter dan een kleine ster of bruine dwerg) naar de witte dwerg en op de noord- en zuidpool van de dwerg zorgt dat voor een heldere plek waar röntgenstraling vandaan komt. Als de begeleider dan gezien vanaf de aarde voor zo’n plek langs schuift dan daalt de straling even door de verduistering. Door de korte afstand wordt de begeleider door de sterke straling en door de getijdewerking continu geroosterd en verscheurd. Over een paar honderd miljoen jaar zal de begeleider compleet verzwolgen zijn door de witte dwerg.

Hier het vakartikel over KPD 0005+5106, verschenen in The Astrophysical Journal. Bron: NASA/Chandra.

Mogelijk heeft men met Chandra een planeet in een ander sterrenstelsel gezien, in de Draaikolknevel (M51)

X-ray: NASA/CXC/SAO/R. DiStefano, et al.; Optical: NASA/ESA/STScI/Grendler; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

We kennen inmiddels al meer dan 4500 exoplaneten, ontdekt én bevestigd. Maar die zijn allemaal te vinden in ons eigen Melkwegstelsel. Maar nu is er wellicht ook eentje ontdekt buiten de Melkweg (ik had het er eerlijk gezegd in september vorig jaar ook al over, maar dit terzijde)! Sterrenkundigen hebben namelijk mogelijk een exoplaneet ontdekt in een ander sterrenstelsel, de bekende Draaikolknevel (M51) in het noordelijke sterrenbeeld Jachthonden, net onder de steelpan van de Grote Beer. Dat stelsel ligt 28 miljoen lichtjaar van ons vandaan, dus véél verder weg dan de exoplaneten die we kennen, die allemaal binnen een straal van enkele tienduizenden lichtjaren gevonden zijn. Dat ze die mogelijke (kandidaat-)planeet hebben gezien komt door een gebeurtenis die ook is gebruikt voor de nabije exoplaneten: als zo’n planeet voor z’n ster langsschuift dan dimt ‘ie een beetje het licht van de ster en als dat periodiek gebeurt weet je dat er regelmatig iets tussen ons en de ster voorbij schuift, een planeet. Alleen in het geval van M51 lukt dat niet met transities met gewone sterren, want op zo’n grote afstand is de dip in de lichtcurve te klein.

Credit: NASA/CXC/M. Weiss

Maar niet met M51-ULS-1, een bekende bron van röntgenstraling, afkomstig van een binair systeem, een zwart gat of neutronenster waar een gewone ster omheen draait. Met de Chandra röntgentelescoop houden ze M51-ULS-1 in de gaten en daarmee zagen ze op 20 september 2012 een dip in de hoeveelheid röntgenstraling, een dip die drie uur duurde. Rosanne Di Stefano (Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts) en haar team denken nu dat de dip mogelijk veroorzaakt is door een planeet die toen net voorbij het zwarte gat of de neutronenster voorbij schoof, een planeet ongeveer ter grootte van Saturnus, genaamd M51-ULS-1b. Zekerheid dat het een planeet is hebben ze niet, want de dip in de lichtcurve is nog maar eén keer gezien, dus er is nog geen sprake van periodiciteit én het zou ook kunnen gaan om een gas- of stofwolk die voor het binaire systeem langs schoof.

Waarnemingen aan M51. Credit: arXiv:2009.08987 [astro-ph.HE]

In 2009 was er overigens ook al eens een claim op een exoplaneet ontdekt in een ander sterrenstelsel, dat was in M31 via een andere gebeurtenis van microzwaartekrachtlenzing, maar daar heb ik daarna nooit meer iets gehoord, dus die ontdekking zal denk ik niet bevestigd zijn.

Hier het vakartikel over de waarneming aan M51-ULS-1. Bron: Chandra.

Chandra en Swift brengen röntgen-lichtechto’s rondom zwart gat V404 Cygni in beeld

Credit: X-ray: NASA/CXC/U.Wisc-Madison/S. Heinz et al.; Optical/IR: Pan-STARRS)

Sterrenkundigen zijn er in geslaagd om met de Chandra ruimtetelescoop en het Neil Gehrels Swift Observatorium – beiden in de ruimte zwevend en turend in het röntgengebied van het elektromagnetische spectrum, ringen te detecteren rondom V404 Cygni, een dubbelstersysteem in het sterrenbeeld Zwaan, op 7800 lichtjaar afstand, waarvan één van de componenten een zwart gat is. De ringen, die op de foto hierboven goed te zien zijn, worden geproduceerd door lichtecho’s, iets dat vergelijkbaar is met geluidsgolven die op aarde heen en weer gaan als ze worden gereflecteerd op harde oppervlakten. In het geval van V404 Cygni gaan het om röntgenstraling afkomstig van het zwarte gat, dat onderweg tussen zwart gat en aarde stuit op interstellaire stofwolken, welke de straling afbuigen. Het is niet dat het zwarte gat continu röntgenstraling uitbraakt. Het was een specifieke uitbarsting, die begon op 5 juni 2015 en die toen door Swift werd ontdekt, die deze set van lichtecho’s heeft veroorzaakt. In totaal kon men van de uitbarsting acht ringen zien, waarvan je er in de visuele voorstelling hieronder vier ziet hoe die precies tot stand komen.

Credit: NASA.

Onderzoek aan de lichtecho’s heeft laten zien dat de stofwolken tussen het zwarte gat en de aarde vooral bestaan uit grafiet en silicaten. Hieronder nog een video over de waargenomen lichtecho’s, waarin onder andere te zien is dat die onderbrekingen in de ringen te maken hebben met de ‘Fields of view’ van Chandra – het zijn dus instrumentele artefacten.

Bron: Chandra.

Abell 1775: een complexe botsing van clusters van sterrenstelsels

Abell 1775. Rood is radiostraling, blauw röntgenstraling. Credit: X-ray: NASA/CXC/Leiden Univ./A. Botteon et al.; Radio: LOFAR/ASTRON; Optical/IR:PanSTARRS

Een internationaal team van sterrenkundigen onder leiding van Andrea Botteon (Universiteit van Leiden) heeft met de Chandra röntgen-ruimtetelescoop van de NASA onderzoek gedaan naar Abell 1775, een tweetal clusters van sterrenstelsels die met elkaar aan het botsen zijn, gelegen op 960 miljoen lichtjaar afstand van ons in het sterrenbeeld Ossenhoeder (Boötes). We kunnen gerust stellen dat die botsing van Abell 1775, waarbij een kleiner cluster van sterrenstelsels zich in een groter cluster boorde, complex is en geleid heeft tot een ingewikkelde toestand van hete straalstromen, koude fronten, radiofilamenten en heet gas tussen de sterrenstelsels. Als zo’n kleinere cluster botst met een grotere soortgenoot, dan wordt die kleinere meestal ontdaan van al zijn gas, dat dan als een lange staart achter de cluster aan vliegt, afgeremd door het gas van het grotere cluster. Maar als de kleinere cluster de kern van het grotere cluster gepasseerd is merkt z’n staart dat er minder weerstand is en als een soort van katapult schiet de staart dan voorbij de kleinere cluster. Hieronder zie je een foto in meerdere golflengten van Abel 1775, hieronder een gelabelde versie met de verschillende onderdelen van de complexe situatie aldaar – de staart als gevolg van de katapult zie je linksonder vanuit de kleine cluster in blauw.

Credit: X-ray: NASA/CXC/Leiden Univ./A. Botteon et al.; Radio: LOFAR/ASTRON; Optical/IR:PanSTARRS

In Abell 1775 zijn ook een duidelijke jet of straalstroom van heet gas te zien, veroorzaakt door een superzwaar zwart gat in het centrum van één van de centrale elliptische sterrenstelsels van de cluster. De straalstroom, die ook in radiolicht zichtbaar is, is zo’n 2,9 miljoen lichjaar lang, twee keer zo lang als men eerst dacht. Naast de ‘katapult’-theorie (Engels: slingshot theory) van de staart van het kleinere cluster is er nog een andere theorie voor de gekromde staart, welke de ‘klotsende’ theorie (Engels: sloshing theory) wordt genoemd [1]En die theorie gaat als volgt: als een kleine cluster een grotere nadert, zal het dichte hete gas van de grotere cluster er door de zwaartekracht toe aangetrokken worden. Nadat het kleinere cluster … Continue reading.

Over beide theorieën zijn twee vakartikelen verschenen, hier van de katapult-theorie en hier van de klotsende-theorie. Bron: Chandra.

References[+]

References
1 En die theorie gaat als volgt: als een kleine cluster een grotere nadert, zal het dichte hete gas van de grotere cluster er door de zwaartekracht toe aangetrokken worden. Nadat het kleinere cluster het centrum van het grotere cluster is gepasseerd, keert de bewegingsrichting van het clustergas om en reist het terug naar het centrum van het cluster. Het clustergas beweegt weer door het centrum en “klotst” heen en weer, vergelijkbaar met het klotsen van wijn in een glas dat zijwaarts wordt geschud. Het klotsende gas komt in een spiraalvormig patroon terecht omdat de botsing tussen de twee clusters uit het midden was.

De ‘kosmische hand’ stoot tegen een muur

Credit: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Ik blogde er twaalf jaar geleden al een keertje over, het supernovarestant dat uitgestoten is door de ster wiens kern de pulsar PSR B1509-58 is geworden, een restant dat de merkwaardige vorm van een hand heeft, een ‘kosmische hand’ 17.000 lichtjaar ver weg in het zuidelijke sterrenbeeld Passer (Circinus). Zo’n 1700 jaar geleden moet de supernova die dit restant heeft veroorzaakt te zien zijn geweest aan de hemel.  In 2009 was al duidelijk op de foto’s te zien dat de hand reikt naar een roodgekleurde gasnevel ten noorden ervan, de naburige nevel RCW 89. De interactie tussen de ‘hand’ (formeel MSH 15-52) en de ‘muur’ (RCW 89) is nader onderzocht met NASA’s Chandra röntgen-ruimtetelescoop. De binnenste muur van RCW 89 is 35 lichtjaar verwijderd van de pulsar en uit het onderzoek met Chandra heeft men vast kunnen stellen hoe snel de hand van het supernovarestant beweegt. Met Chandra kon men de röntgenstraling van MSH 15-52 meten in 2004, 2008, 2017 en 2018. De inzet in de afbeelding bovenaan laat de verschillen zien tussen die jaren. Metingen aan magnesium en neon in het uitdijende gas laten zien dat deze een snelheid van 14,5 miljoen km/uur heeft. Sommige delen bewegen zelfs nog sneller, tot bijna 18 miljoen km/uur. Dat zijn hoge snelheden en toch denkt men dat de kosmische hand van MSH 15-52 aan het vertragen is, door de stoot tegen de muur.

In de rode cirkel de positie van PSR B1509-58. Credit: PopePompus/Wikipedia/IAI/Sky & Telescope.

Hier het vakartikel over de waarnemingen aan de kosmische hand, op 1 juli gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters. Bron: Phys.org.

 

 

Voor het eerst is röntgenstraling van Uranus gedetecteerd – je verwacht ’t niet

In roze de plekken waar röntgenstraling vandaan komt. Credit: X-ray: NASA/CXO/University College London/W. Dunn et al; Optical: W.M. Keck Observatory

Sterrenkundigen zijn er voor het eerst in geslaagd om röntgenstraling afkomstig van de planeet Uranus te ontdekken en wel met NASA’s Chandras röntgenruimtetelescoop. En da’s eigenlijk niet wat je van de zevende planeet vanaf de zon verwacht, want het is een grote ijskoude gasplaneet. Uranus heeft net als Saturnus en in imndere mate ook Jupiter ringen in z’n evenaarsvlak. Met Chandra werd twee keer naar Uranus gekeken, de eerste keer in 2002 en de tweede keer in 2017. Recente analyse van die waarnemingen laat zien dat er inderdaad röntgenstraling van Uranus afkomstig is en dat er in 2017 zelfs sprake lijkt te zijn van een soort van röntgenvlam. De vraag is natuurlijk wat de bron is van de röntgenstraling van Uranus. Dat blijkt voor het grootste deel niet Uranus zelf te zijn, maar de zon. Net als zonlicht in de aardse atmosfeer verstrooid wordt zo verstrooid Uranus ook röntgenstraling afkomstig van de zon en die verstrooide straling wordt weer naar de aarde gekaatst. Maar een deel is vermoedelijk wel van Uranus afkomstig en wel van z’n ringen. Van Saturnus weten we dat diens ringenstelsel in staat is om röntgenstraling te produceren, hetgeen gebeurt als geladen deeltjes in de ruimte om hem heen, zoals protonen en elektronen, botsen met de deeltjes van de ringen. Zoiets zou ook bij Uranus het geval kunnen zijn. Het zou ook kunnen dat de röntgenstraling wordt veroorzaakt door het poollicht van Uranus, iets wat ook bij het aardse poollicht en bij dat van Jupiter is waargenomen. Het bijzondere van Uranus is hij ‘op z’n kant ligt’, dat wil zeggen dat zijn evenaar bijna haaks staat op z’n baanvlak om de zon – zijn rotatieas is zowat parallel aan dat baanvlak. Het zou kunnen dat die bijzondere stand het magnetisch veld van Uranus en daarmee z’n poollicht extra complex en veranderlijk maakt.

Hier het vakartikel over de ontdekking van röntgenstraling afkomstig van Uranus, te verschijnen in het laatste nummer van de Journal of Geophysical Research. Bron: Chandra.

Ook röntgentelescopen wijzen op een neutronenster in het restant van SN1987A

Credit: Chandra (X-ray): NASA/CXC/Univ. di Palermo/E. Greco; Illustration: INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo/Salvatore Orlando

Op 23 februari 1987 zagen sterrenkundigen een supernova in de Grote Magelhaense Wolk verschijnen, een begeleidend dwergstelsel van de Melkweg, 163.000 lichtjaar van ons vandaan. SN 1987A was een type II supernova, een zware ster (Sanduleak -69 202, een blauwe superreus) die z’n buitenlagen wegblies en wiens kern implodeerde tot neutronenster. Tenminste, dat is wat sterrenkundigen denken, maar waar ze tot op heden nog steeds geen zekerheid over hebben. Vorig jaar kwamen er eerste aanwijzingen na waarnemingen met ALMA dat er inderdaad een neutronenster in het centrum van het supernovarestant staat, nu zijn daar opnieuw aanwijzingen voor, dit keer op basis van waarnemingen met de röntgen-ruimtetelescopen Chandra en NuSTAR.

Credit: Chandra (X-ray): NASA/CXC/Univ. di Palermo/E. Greco; Illustration: INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo/Salvatore Orlando

Die twee telescopen hebben in het centrum van het restant een nevel gezien die veroorzaakt lijkt te worden door een zogeheten ‘pulsar wind’, een stroom van relatief laagenergetische röntgenstraling die door de snel roterende neutronenster wordt uitgezonden. Er is een alternatieve verklaring voor die straling – te weten deeltjes die door de schokgolf van de supernova worden versneld – maar op grond van diverse specifieke eigenschappen van de waargenomen straling denkt men met pulsar wind te maken te hebben. Eén van die eigenschappen is bijvoorbeeld dat de röntgenstraling tussen 2012 en 2014 gelijk in intensiteit is gebleven, terwijl de radiostraling in die tijd toenam. Verder zou de straling zoals NuSTAR die ziet 400 jaar vergen voordat de elektronen door een schokgolf zo versneld zijn dat ze die straling kunnen leveren, terwijl een neutronenster dan in tientallen jaren kan doen – de supernova vond 33 jaar geleden plaats.

Hier is het vakartikel over de waarnemingen aan het restant van SN1987A, te verschijnen in the Astrophysical Journal Letters. Bron: Chandra.

Waar is het superzware zwarte gat in het centrale sterrenstelsel van cluster Abell 2261 gebleven?

Röntgenstraling (paar) en optische en IR-straling (wit) van de cluster Abell 2261. Credit: X-ray: NASA/CXC/Univ of Michigan/K. Gültekin; Optical: NASA/STScI and NAOJ/Subaru; Infrared: NSF/NOAO/KPNO

Alle sterrenstelsels hebben in hun kern een superzwaar zwart gat. Nou ja, bijna allemaal dan. Het grote sterrenstelsel A2261-BCG (‘Abell 2261 Brightest Cluster Galaxy’) in het midden van Abell 2261, een cluster van vele sterrenstelsels 2,7 miljard lichtjaar van ons vandaan in het sterrenbeeld Hercules, lijkt echter vreemdgenoeg géén superzwaar zwart gat te hebben. Berekeningen laten zien dat A2261-BCG een zwart gat met een massa van ergens tussen de 3 en 100 miljard (!) zonsmassa zou moeten hebben, maar waarnemingen met de Hubble ruimtetelescoop en Chandra röntgen-ruimtetelescoop geven geen aanwijzingen dat zo’n zwart gat zich daar bevindt. Je zou bijvoorbeeld röntgenstraling verwachten als er materie dat wordt aangetrokken in het zwarte gat valt en in de omringende accretieschijf tot enorme temperaturen en snelheden wordt gebracht. Het zou kunnen dat het centrale sterrenstelsel van de cluster inderdaad geen superzwaar zwart gat heeft, omdat dat zwart gat na een botsing van A2261-BCG met een ander sterrenstelsel (waarin zich een ander superzwaar zwart gat bevond) is weggestoten. Sterrenkundigen noemen dat een ‘recoil’, als door de zwaartekrachtwerking de twee zwarte gaten eerst samensmelten, om vervolgens als het ware te worden weggekaatst.

Credit: NASA/CXC, NASA/STScI, NAOJ/Subaru, NSF/NRAO/VLA

Er zijn twee aanwijzingen dat zoiets inderdaad gebeurd is: de eerste is dat het centrale deel van A2261-BCG, de plek in het stelsel waar het maximale aantal sterren per eenheid gehaald wordt, zeer groot is, véél groter dan wat men zou verwachten. De tweede aanwijzing is dat er 2000 lichtjaar van de kern van A2261-BCG vandaan een zeer dichte concentratie van sterren is. Als de twee superzware zwarte gatan nog in de fase zijn van nadering tot elkaar worden vele sterren in de buurt weggeslingerd en dat heeft die grote kern van A2261-BCG opgeleverd. Het vreemde is dat ook die andere dichte concentratie van sterren geen piek van röntgenstraling oplevert, dus waarschijnlijk bevindt het superzware zwarte gat zich daar ook niet. Waar is ‘ie dan wel?

Hier is het vakartikel over het onderzoek aan A2261-BCG, te verschijnen in een tijdschrift van de American Astronomical Society. Bron: Chandra.

Uitdijing van Kepler’s Supernova (1604) gaat onverminderd snel door

Het restant van Kepler’s supernova. Credit: NASA/CXC/Univ of Texas at Arlington/M. Millard et al.

In oktober 1604 verscheen er een supernova aan de hemel in het sterrenbeeld Slangendrager (Ophiuchus). Johannes Kepler schreef over ‘de nieuwe ster’ een boekje, genaamd De Stella Nova in Pede Serpentarii, et … … Trigono Igneo en daarom wordt de supernova ook wel Kepler’s Supernova genoemd, ook al had hij geen idee wat het voor een object was. Nu ruim 400 jaar later blijkt het restant van de supernova, die een type Ia supernova was (een exploderende witte dwerg 20.000 lichtjaar verderop, die door massatoevoer van een begeleider te zwaar werd), onverminderd snel uit te dijen. Met de Chandra röntgen-ruimtetelescoop van de NASA hebben ze in 2000, 2004, 2006, 2014 en 2016 waarnemingen gedaan aan het restant en dat blijkt met een snelheid van soms wel 37 miljoen km/uur uit te dijen. Niet alle delen van het restant gaan even hard, maar aan de hand van 15 herkenbare ‘knopen’ in het restant kon men de snelheden van die knopen meten en die bleken maximaal dus 37 miljoen km/u te gaan, da’s 25.000 keer de geluidssnelheid op aarde. De gemiddelde snelheid van de knopen is 16 miljoen km/u.

Credit: NASA

De snelheid van de knopen in het restant kon men meten door met Chandra spectra te maken van de knopen en daaruit de driedimensionale snelheid ten opzichte van de aarde te meten (zie afbeelding hierboven). Uit de metingen blijkt het restant asymmetrisch uit te dijen. Met name bij het ‘oor’ aan de rechterkant van het supernovarestant worden zeer hoge snelheden gehaald. Het zou kunnen dat de supernova van 1604 zeer krachtig was en dat daardoor de snelheid van de uitdijing 400 jaar na dato nog steeds zo snel is, maar het zou ook kunnen zijn dat het gas en stof in de omgeving nogal opeengehoopt is en dat het uijtdijende gas grotendeels ongehinderd z’n gang kan gaan, daar waar het tussen die opeenhopingen door schiet. De snelst bewegende knopen zie je in de video hieronder.

Hier een vakartikel over de knopen in het restant van de supernova. Hieronder tenslotte nog een video over de uitdijing van het restant van Kepler’s supernova.

Bron: Chandra.

Op galactisch avontuur door het centrum van de Melkweg in VR

Een internationaal team van astronomen o.l.v. Christopher Russell van de Chileense Pontificia Universidad Católica i.s.m. het NASA Goddard Space Flight Center heeft door gegevens van het Chandra X-Ray Observatorium en andere telescopen te combineren met supercomputersimulaties en virtual reality (VR) een nieuwe visualisatie van 500 jaar kosmische evolutie samengesteld rond het superzware zwarte gat Sagittarius A* in het centrum van de Melkweg. Deze visualisatie is genaamd ‘Galactic Center VR’. De onderzoekers hebben winden gemodelleerd van 25 zeer heldere en massieve objecten die bekend staan als Wolf-Rayet-sterren, die door de centrale lichtjaren van de Melkweg dringen terwijl ze rond Sgr A* draaien. Wolf-Rayet-sterren produceren zoveel licht dat ze hun buitenste lagen de ruimte in blazen om supersonische winden te creëren. Met de visualisatie kun je bekijken hoe een deel van dit materiaal wordt gevangen door de zwaartekracht van Sagittarius A* en er naar toe wordt geworpen. Zodra de winden van de Wolf-Rayet-sterren tegen elkaar aan ‘botsen’, wordt het materiaal tot miljoenen graden verwarmd door schokgolven – vergelijkbaar met sonische schokgolven – en produceert het een kolossale hoeveelheid röntgenstraling. Het centrum van de Melkweg is te ver weg voor Chandra om individuele botsingen te detecteren, maar de algehele gloed van röntgenstraling van dit hete gas is detecteerbaar met Chandra.

Lees verder