Ster overleeft maar net nauwe ontmoeting met superzwaar zwart gat

Credit: X-ray: NASA/CXO/CSIC-INTA/G.Miniutti et al.; Illustration: NASA/CXC/M. Weiss;

Sterrenkundigen hebben met behulp van Chandra en XMM-Newton, een Amerikaanse respectievelijk Europese röntgensatelliet, een ster ontdekt die een nauwe ontmoeting met een superzwaar zwart gat maar tenauwernood heeft overleeft. Wel is het zo dat de ster al z’n buitenlagen door de close-call is kwijtgeraakt: de ster was eerst een grote rode reus, maar doordat het zwarte gat door z’n sterke zwaartekracht de buitenlagen van de ster wegzoog bleef alleen diens kern over, een witte dwerg.

Credit: X-ray: NASA/CXO/CSIC-INTA/G.Miniutti et al.; Optical: DSS

Het speelt zich allemaal af in GSN 069, een sterrenstelsel dat 250 miljoen lichtjaar van ons vandaan ligt in het zuidelijke sterrenbeeld Beeldhouwer (Sculptor). De witte dwerg draait in slechts negen uur een baantje om het zwarte gat, een sterk elliptische baan. Telkens als de witte dwerg bij het peribothron zit, da’s het punt in zijn baan het dichtste bij het zwarte gat, dan vloeit er gas van de witte dwerg naar het zwarte gat en dan is er even een uitbarsting van röntgenstraling, welke opgepikt is door Chandra en XMM-Newton. In de tweet hieronder zien je de curve van die röntgenuitbarstingen, gemeten met XMM-Newton.

Tijdens het peribothron staat de witte dwerg slechts 15 keer de straal van de waarnemingshorizon van het zwarte gat af. Dat is zeer dichtbij, maar net genoeg verwijderd om niet helemaal opgepeuzeld te worden. Sterrenkundigen hebben ook gevallen ontdekt, waarbij de ster het niet overleeft heeft en in z’n geheel in het zwarte gat verdween, de zogeheten tidal disruption events. Door de zwaartekrachtsinvloed van het zwart gat treedt er wel een verandering op van de baan van de witte dwerg: de lange as van de baan zal periodiek veranderen, iets wat voortvloeit uit de Algemene Relativiteitstheorie (zie afbeelding hieronder).

Credit: NASA/CXC/M. Weiss

Deze precessie, zoals het wordt genoemd, werd veel eerder al waargenomen bij de planeet Mercurius en onlangs ook bij de ster S2 die om Sgr A* draait, het superzare zwarte gat in het centrum van het Melkwegstelsel. In the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society verscheen dit vakartikel over de waarnemingen aan GSN 069.

Bron: Chandra + ESA.

Witte dwergster vlakbij pulsar sleept de omringende ruimtetijd met zich mee

Impressie van PSR J1141-6545, welke ontdekt is met CSIRO’s Parkes radio telescoop (links te zien). Rechts de witte dwerg en de pulsar met z’n zwiepende jets. Credit: Mark Myers/ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), Australia.

Sterrenkundigen hebben in een dubbelstersysteem, een extreme combinatie van een witte dwerg en een pulsar, een effect kunnen meten dat volgt uit Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie (ART), de zogeheten Lense-Thirring precessie, ook wel ‘frame dragging’ genoemd. Het gaat om het systeem genaamd PSR J1141-6545, waar een nog jonge pulsar en een witte dwergster in minder dan vijf uur om een gemeenschappelijk zwaartepunt draaien. Beiden zijn het eindpunt van de evolutie van een ster – de pulsar van een zware ster, die als supernova explodeerde, de witte dwerg die ooit een op de zon lijkende ster was en die z’n buitenlagen is kwijtgeraakt. Beiden zijn zeer compact: de snel roterende pulsar (150 rondjes per minuut – 2,5387230404 keer per seconde) is ruim de massa van de zon, gepropt in een bolletje van 20 km doorsnede, de witte dwerg is een zonsmassa gepropt in een bol ter grootte van de aarde. Toen die pulsar nog een gewone ster was moet die volgens Vivek Venkatraman Krishnan en z’n team materie zijn kwijtgeraakt aan de witte dwerg. Die materieoverdracht moet hebben geleid tot een toename van de rotatie van de witte dwerg en die versnelling zou volgens de ART moeten leiden tot die genoemde Lense-Thirring precessie, waarbij de ruimtetijd rondom de witte dwerg een tikkeltje wordt meegesleept met diens rotatie (zie voor een impressie de afbeelding hieronder).

Illustratie van het Lense-Thirring frame-dragging effect. Credit: Mark Myers/ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), Australia.

Dat zorgt voor een verandering in de precessie van de witte dwerg, de stand van diens rotatieas ten opzichte van de hemelachtergrond. Het effect is eerder al gemeten bij satellieten, zoals Gravity Probe B, LAGEOS 1 & 2 en LARES, die om de aarde draaien en die als gevolg van het zwaartekrachtsveld van de aarde, dat ook zorgt voor een minieme versleping van de ruimtetijd, een iets andere baan hebben. Het meten van die verschuiving in de precessie van de witte dwerg in PSR J1141-6545 is veel lastiger dan bij de satellieten vlakbij de aarde, maar dankzij bijna twintig jaar waarnemen heeft men nu het effect kunnen meten. En dat blijkt precies conform de voorspelde waarde op basis van de ART.

Hier het vakartikel van Kishnan et al, te verschijnen in the Astrophysical Journal Letters. Bron: Eurekalert.

The Age of Aquarius

Credit: Urania.be

Gisteren (Tweede Kerstdag) luisterde ik naar de Top 2000 en op nummer 1644 was ‘Aquarius / Let the Sunshine in‘ te horen, van The 5th Dimension, al weer uit 1969. Het komt uit de musical Hair en is een medley van de twee platen Aquarius en Flash Failures. Niemand heeft het genoemd bij de Astro-Top 25 van dit jaar, welke gisteravond is afgesloten, en da’s vreemd, want de achtergrond van dit nummer is eigenlijk astronomisch. Ik vermoed dat de reden is dat het nummer al vanaf het begin ‘gekaapt’ is door de astrologie, net zoals waar het allemaal om draait, namelijk het Watermantijdperk. Zoals iedereen weer wijst de aardas van de aarde in noordelijke richting naar de Poolster, de ster ? Ursae Minoris in het sterrenbeeld Kleine Beer.

Credit: Wikipedia

Nu staat de noordelijke ‘hemelpool’ vlakbij de Poolster, de afstand tussen beiden, pakweg 40,2′, is klein. Maar doordat de aardas een bepaalde schommeling meemaakt, de precessie geheten, wijst de aardas niet altijd naar de Poolster. Omstreeks 2800 v.Chr. was Thuban (alpha Draconis) de poolster, toekomstige noordelijke poolsterren zijn gamma Cephei (4145) en Adleramin (alpha Cephei, 7530), over 25 770 jaar zal de hemelpool weer ongeveer met Polaris samenvallen – de periode van de precessie is 26.000 jaar (zie de afbeelding hierboven).

De zogeheten equinoxen, de momenten waarop de winter overgaat in de lente en omgekeerd de zomer in de herst, als  de dagen en nachten overal even lang zijn, zullen door de precessie ook verschuiven en  dat heet de precessie van de equinoxen. Op dit moment ligt het Lentepunt’ in het sterrenbeeld Vissen, waar het volgens berekeningen door de Belgische sterrenkundige Jean Meeus al in 68 na Christus arriveerde. Je ziet ‘t punt liggen in de afbeelding bovenaan, net voorbij ‘2000’. Door de precessie schuift dat punt met de tijd naar rechts op en het volgende sterrenbeeld wat daar ligt is Waterman (Aquarius), ah het sterrenbeeld van dat nummer! En dan komen we automatisch bij dat nummer uit de Top 2000 en bij de astrologische opvatting over de precessie der equinoxen. Die geloven namelijk dat het lentepunt al in het sterrenbeeld Waterman gelegen is of daar binnenkort zal komen – de twaalf sterrenbeelden van de Dierenriem worden in gemiddeld 2160 jaar doorlopen – en dat we dan als mensheid een nieuw tijdperk zullen ingaan, zoals in het nummer zo wordt verwoord:

“This is the dawning of the age of Aquarius Age of Aquarius Aquarius! Aquarius!Harmony and understanding Sympathy and trust abounding No more falsehoods or derisions Golden living dreams of visions Mystic crystal revelation And the mind’s true liberation”

Yeah, peace brothers and sisters, hallelujah. 😀 Eén probleempje voor de astrologen: gebaseerd op de grenzen van de sterrenbeelden, zoals in 1928 gedefinieerd door de Internationale Astronomische Unie (IAU), zal het lentepunt pas in 2597 het sterrenbeeld Waterman bereiken – berekend door Meeus, die we ook kennen van de jaarlijkse Sterrengids. We moeten dus nog 582 jaar wachten voordat het zo ver is. En zoals ik eerder al heb betoogd klopt er van die twaalf sterrenbeelden van de dierenriem ook weinig, want zoals we aan de kaart hieronder eenvoudig kunnen zien passeert de zon aan de hemel niet twaalf, maar dertien sterrenbeelden.

Credit: strdu.com

Je ziet dat de zon ook in het sterrenbeeld Slangendrager (Ophiuchus) komt, langere tijd dan z’n passage door het sterrenbeeld Schorpioen. Afijn, het is een leuk nummer, dat Aquarius / Let the Sunshine in, maar het moment dat het lentepunt Waterman binnengaat is nog ver weg. Wat mij betreft wacht de mensheid niet tot dat moment om tot harmonie en sympathie voor elkaar te komen, maar beginnen we daar nu al mee! Ik sluit even af met het nummer, zoals te zien in de film Hair:

De precessie van de aarde mooi in beeld gebracht

Credit: Miguel Claro/www.miguelclaro.com

De aardas wijst in noordelijke richting naar een punt aan de hemel waar de ster Polaris (alpha Ursae Minoris, helderheid +2m) maar 0,7° van verwijderd is. Het is om die reden dat we deze ster de ‘Poolster’ noemen. Alle sterren aan de noordelijke hemel lijken rondom de Poolster te draaien. Dat doen ze in werkelijkheid natuurlijk niet, want de dagelijkse beweging van de sterren wordt veroorzaakt door het draaien van de aarde zelf. De aardas wijst niet altijd in dezelfde richting. De aarde is te vergelijken met een wentelende tol die niet rechtop staat en de as van de aarde maakt daarbij heel langzaam een beweging, waarbij eens per 26.000 jaar één cirkel aan de hemel wordt beschreven. Die beweging – veroorzaakt door de invloed van de zon op de afgeplatte aarde – wordt de precessie genoemd. Het gevolg is dat nu Polaris de Poolster is, maar dat rond het jaar 4145 gamma Cephei , rond  7530 Adleramin (alpha Cephei) en rond 14.000 Wega (alpha Lyra, helderheid +0,03m) de Poolster zullen vormen. Zie de afbeelding hieronder:

Astrofotograaf Miguel Claro heeft nu iets opmerkelijks gedaan: we kennen allemaal de foto’s waarbij de camera naar de Poolster wordt gericht en vervolgens uren lang wordt belicht, waarbij de sterren lange sporen vormen – hoe verder verwijderd van de Poolster des te langer de sporen (zie afbeelding bovenaan links). Claro heeft een dergelijke foto gemaakt, maar dan met Wega als Poolster en niet Polaris (de rechter afbeelding). Eh… hoe doe je dat, eigenlijk zou je daar toch 12.000 jaar geduld voor moeten hebben om zo’n foto te kunnen maken? Nee, Claro gebruikte daar een simpel trucje voor, namelijk door niet één volgmontering te gebruiken, maar twee stuks, twee Vixen Polarie’s. Met zo’n montering kunnen de sterren in hun dagelijkse beweging worden gevolgd, zodat ze geen streepjes vormen. Op de eerste montering had Claro een tweede volgmontering bevestigd, die niet gericht was op Polaris, maar op Wega. Waar Claro de foto maakte – in het Alquevo reservaat in Portugal – staat Polaris op een hoogte van 38° aan de hemel, dus voor een juiste foto moest hij wachten Drijvers ging uit van 1100 uur met bezettingsgraad 31% (= 1 deel). Zij geven aan dat bij een bezetting vanaf 2000 uur/jaar een bezettingsgraad van 55% oké zou zijntot Wega ook op deze hoogte stond. En toen dat het geval was maakt hij de foto, die je rechtsboven ziet. Hieronder een uitvergroting van de noordelijke hemelpool 14000 AD:

Je ziet dat Wega niet precies bij de hemelpool staat, de afstand zal nooit minder bedragen dan 5°. Hieronder tenslotte nog een video, die Claro heeft gemaakt van de precessie van de aarde, met eerst Polaris als Poolster en over een poosje Wega.

Earth Precession – Polaris and Vega Startrail from Miguel Claro on Vimeo.

Bron: Space.com.’

Hete jupiters’ brengen sterren aan het wankelen

Artist’s impression van een hete Jupiter (rechtsonder), een planeet die op geringe afstand om zijn moederster cirkelt. (Credit: Sterrewacht Leiden).

Hete Jupiters [1]grote, gasrijke planeten buiten ons zonnestelsel die op zeer korte afstand van hun moederster staan kunnen hun moedersterren aan het schommelen brengen, zo blijkt uit onderzoek. Toen twintig jaar geleden de eerste exoplaneten werden ontdekt, waren dat planeten van het kaliber Jupiter. Verrassend genoeg bleken veel van deze planeten op geringe afstand om hun moederster te draaien (vandaar ‘hete jupiters’). Recente waarnemingen hebben laten zien dat de rotatie-assen van sterren waar hete jupiters omheen draaien soms heel schuin op het baanvlak van deze planeten staan. Dat lijkt vreemd, omdat zelfs de zwaarste planeten doorgaans minstens duizend keer zo weinig massa bevatten als hun moederster: veel te weinig om de stand van de ster te beïnvloeden. In ons zonnestelsel staat de rotatie-as van de zon dan ook vrijwel loodrecht op het vlak waarin de planeten op de zon draaien. Maar anders dan veel andere sterren is onze zon solitair: ze heeft geen andere ster als begeleider. De zwaartekrachtsinvloed van zo’n begeleidende ster zorgt ervoor dat een Jupiterachtige planeet in een steeds krappere baan om zijn moederster gaat draaien. Uit computersimulaties van astronomen van de Cornell University blijkt dat de rotatie-as van de ster ten gevolge van het dichterbij komen van de planeet een precessiebeweging gaat maken. Anders gezegd: de ster begint te wankelen als een ronddraaiende tol die niet precies rechtop staat.

Credit: Cornell Univ.

Bron: Astronomie.nl.

References[+]

References
1 grote, gasrijke planeten buiten ons zonnestelsel die op zeer korte afstand van hun moederster staan

Kan je met de dwergplaneet Eris het bestaan van quantum zwaartekracht aantonen?

Voorstelling van de dwergplaneet Eris en z’n maan Dysnomia. Op de achtergrond de zon. Credit: NASA/SPL.

Interessante vraag voor de wetenschapsquiz 2013: Kan je met de dwergplaneet Eris het bestaan van quantum zwaartekracht aantonen? Als het aan de natuurkundige Dragan Hajdukovic (CERN, Zwitserland) ligt moet de vraag bevestigend worden beantwoord. Het bestaan van Eris heeft er niet alleen voor gezorgd dat de planeet Pluto in 2006 door de IAU tot dwergplaneet werd gedeklasseerd, maar hij zou ook wel eens voor een verklaring van zowel donkere materie als donkere energie kunnen zorgen, tenminste als het aan Hajdukovic ligt. Zijn stelling is dat het vacuüm vol zit met virtuele deeltjesparen – da’s geen oude theorie overigens, maar een oud stokpaardje uit de quantum-mechanika – en dat de deeltjes van die paren tegengestelde gravitationele ladingen hebben – dat laatste is wel nieuw. Hajdukovic praat over gravitationele dipolen. Die ladingen zouden zowel een verklaring kunnen leveren voor donkere materie als voor donkere energie, twee onderwerpen die we hier op de Astroblogs met de regelmaat van de klok bespreken. De quantum zwaartekracht van het vacuüm zou volgens Hajdukovic op dezelfde manier kunnen worden aangetoond als Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie (ART). Die theorie is namelijk getest door naar de precessie te kijken van de planeet Mercurius. In de baan van Mercurius om de zon zit een bepaalde wiebel die met Newton’s zwaartekrachtstheorie niet valt te verklaren. Wel met de ART van Einstein. Hajdukovic denkt nu op zijn beurt zo’n zelfde trucje te kunnen uithalen: de precessie van de maan Dysnomia van de dwergplaneet Eris bedraagt volgens Newton’s klassieke theorie 13 boogseconden per eeuw, volgens de quantum zwaartekracht van Hajdukovic zou die -190 boogseconden per eeuw moeten bedragen. Nogal een verschil zou je zeggen. Probleem is alleen dat de dwergplaneet Eris door z’n enorme afstand moeilijk waar te nemen is, laat staan z’n maan Dysnomia. De vraag is dus of we vanaf de aarde in staat zullen zijn om dit effect te meten. Bron: New Scientist.