Afbeelding tegoed: ESA
Kort na de oerknal geloofde men dat alle materie in het heelal was opgedeeld in de kleinste componenten. Met behulp van de XMM-Newton-ruimtetelescoop probeert een team van astronomen de "compactheid" van verschillende neutronensterren te berekenen - om te zien of ze de dichtheid van normale materie overschrijden.
Een fractie van een seconde na de oerknal werd alle oersoep van materie in het heelal 'gebroken' tot de meest fundamentele bestanddelen ervan. Men dacht dat het voor altijd was verdwenen. Wetenschappers vermoeden echter sterk dat de exotische soep van opgeloste materie nog steeds te vinden is in het huidige universum, in de kern van bepaalde zeer dichte objecten die neutronensterren worden genoemd.
Met ESA's ruimtetelescoop XMM-Newton zijn ze nu dichter bij het testen van dit idee. Voor het eerst heeft XMM-Newton de invloed van het zwaartekrachtveld van een neutronenster op het uitgestraalde licht kunnen meten. Deze meting geeft veel beter inzicht in deze objecten.
Neutronensterren behoren tot de dichtste objecten in het heelal. Ze verpakken de massa van de zon in een bol van 10 kilometer doorsnee. Een stuk neutronenster ter grootte van een suikerklontje weegt meer dan een miljard ton. Neutronensterren zijn de overblijfselen van exploderende sterren die tot acht keer zwaarder zijn dan onze zon. Ze eindigen hun leven in een supernova-explosie en storten vervolgens in onder hun eigen zwaartekracht. Het interieur kan daardoor een zeer exotische vorm van materie bevatten.
Wetenschappers zijn van mening dat in een neutronenster de dichtheid en de temperaturen vergelijkbaar zijn met die welke een fractie van een seconde na de oerknal bestaan. Ze gaan ervan uit dat wanneer materie stevig is ingepakt zoals in een neutronenster, het belangrijke veranderingen ondergaat. Protonen, elektronen en neutronen? de componenten van atomen - smelten samen. Het is mogelijk dat zelfs de bouwstenen van protonen en neutronen, de zogenaamde quarks, samen worden verpletterd, waardoor een soort exotisch plasma van ‘opgeloste’ materie ontstaat.
Hoe kom je erachter? Wetenschappers hebben decennia lang geprobeerd de aard van materie in neutronensterren te identificeren. Om dit te doen, moeten ze een aantal belangrijke parameters heel precies kennen: als je de massa en straal van een ster kent, of de relatie daartussen, kun je de compactheid ervan verkrijgen. Er is echter tot nu toe geen instrument geavanceerd genoeg om de benodigde metingen uit te voeren. Dankzij ESA's XMM-Newton-observatorium konden astronomen voor het eerst de massa-straalverhouding van een neutronenster meten en de eerste aanwijzingen voor de samenstelling ervan verkrijgen. Deze suggereren dat de neutronenster normale, niet-exotische materie bevat, hoewel ze niet sluitend zijn. De auteurs zeggen dat dit een belangrijke eerste stap is. en ze zullen doorgaan met zoeken.
De manier waarop ze deze meting kregen, is een primeur in astronomische waarnemingen en wordt als een enorme prestatie beschouwd. De methode bestaat uit het indirect bepalen van de compactheid van de neutronenster. De zwaartekracht van een neutronenster is enorm - duizenden miljoenen keren sterker dan die van de aarde. Hierdoor verliezen de door de neutronenster uitgezonden lichtdeeltjes energie. Dit energieverlies wordt een zwaartekracht ‘rode verschuiving’ genoemd. De meting van deze rode verschuiving door XMM-Newton gaf de sterkte van de zwaartekracht aan en onthulde de compactheid van de ster.
"Dit is een zeer nauwkeurige meting die we niet hadden kunnen maken zonder zowel de hoge gevoeligheid van XMM-Newton als het vermogen om details te onderscheiden", zegt Fred Jansen, ESM's XMM-Newton Project Scientist.
Volgens de hoofdauteur van de ontdekking, Jean Cottam van NASA's Goddard Space Flight Center, “werden pogingen gedaan om de zwaartekrachtverschuiving te meten vlak nadat Einstein de Algemene Relativiteitstheorie had gepubliceerd, maar niemand had ooit de effect in een neutronenster, waar het enorm zou zijn. Dit is nu bevestigd. '
Oorspronkelijke bron: ESA News Release
