Het is niet bepaald een orgaandonor, maar een ster in de richting van de hyperbevolkte kern van de Melkweg die een deel van zijn massa doneert aan een slapende buurman. Het resultaat? De slapende buurman kwam weer tot leven met een röntgenuitbarsting die werd vastgelegd door ESA’s INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) ruimteobservatorium.
"INTEGRAL ving een uniek moment op in de geboorte van een zeldzaam binair systeem" - Enrico Bozzo, Universiteit van Genève.
De buren zijn waarschijnlijk al miljarden jaren aan elkaar gekoppeld, wat op zichzelf niet opmerkelijk is: sterren leven vaak in binaire paren. Maar het paar dat INTEGRAL op 13 augustus 2017 zag, is zeer ongebruikelijk. De donorster is een rode reus en de ontvanger is een neutronenster. Tot dusver kennen astronomen slechts 10 van deze paren, ‘symbiotische röntgenstraalbinaire bestanden’ genoemd.
Om te begrijpen wat er tussen deze buren gebeurt, moeten we kijken naar de stellaire evolutie.
De donorster bevindt zich in de rode reuzenfase. Dat is wanneer een ster in hetzelfde massabereik als onze ster de latere fase van zijn leven bereikt. Aangezien de massa is uitgeput, kan de zwaartekracht de ster niet op dezelfde manier bij elkaar houden als in het begin van zijn leven. De ster breidt zich naar buiten uit met miljoenen kilometers. Daarbij werpt het stellair materiaal van zijn buitenste lagen af in een zonnewind die honderden kilometers per seconde aflegt.
De buurman verkeert in een andere staat. Het is een ster met een beginmassa van ongeveer 25 tot 30 keer de zon. Wanneer zo'n grote ster het einde van zijn leven nadert, ondergaat hij een ander lot. Sterren zo groot leven snel en branden snel door hun brandstof. Vervolgens exploderen ze als supernovae, in dit geval een lijk achterlatend. In het door INTEGRAL gevangen binaire systeem is het lijk een draaiende neutronenster met een magnetisch veld.
Neutronensterren zijn dicht. In feite zijn het enkele van de dichtste sterrenobjecten die we kennen, met een massa van wel anderhalf van onze zonnen in een object dat slechts ongeveer 10 km breed is.
Toen de stellaire wind van de rode reus de neutronenster ontmoette, vertraagde de neutronenster zijn spinsnelheid en barstte in het leven, waarbij hij hoogenergetische röntgenstralen uitzond.
"INTEGRAL ving een uniek moment op in de geboorte van een zeldzaam binair systeem", zegt Enrico Bozzo van de Universiteit van Genève en hoofdauteur van de paper die de ontdekking beschrijft. "De rode reus liet een voldoende dichte langzame wind vrij om zijn neutronenster metgezel te voeden, wat voor het eerst een hoge energie-emissie uit de dode stellaire kern veroorzaakte."
Nadat INTEGRAL de röntgenuitbarsting vanuit het binaire bestand had opgemerkt, volgden snel andere waarnemingen. De XMM Newton van de ESA en de NuSTAR- en Swift-ruimtetelescopen van NASA gingen aan de slag, samen met telescopen op de grond. Deze waarnemingen bevestigden wat de eerste waarnemingen lieten zien: dit is een heel bijzonder paar sterren.
"... we denken dat we de röntgenstralen voor het eerst hebben zien opkomen." - Erik Kuulkers, ESA INTEGRAL Project Scientist.
De neutronenster draait heel langzaam en duurt ongeveer 2 uur om te draaien, wat opmerkelijk is omdat andere neutronensterren vele malen per seconde kunnen draaien. Het magnetische veld van de neutronenster was ook veel sterker dan verwacht. Maar men denkt dat het magnetische veld rond een neutronenster na verloop van tijd verzwakt, waardoor dit een relatief jonge neutronenster wordt. En een rode reus is oud, dus dit is een heel vreemde combinatie van oude rode reus met jonge neutronenster.
Een mogelijke verklaring is dat de neutronenster niet uit een supernova is ontstaan, maar uit een witte dwerg. In dat scenario zou de witte dwerg na een lange periode van voeden met materiaal van de rode reus in een neutronenster zijn ingestort. Dat zou de ongelijkheid in leeftijd van de twee sterren in het systeem verklaren.
'Deze objecten zijn raadselachtig', zegt Enrico. 'Het kan zijn dat het magnetische veld van de neutronenster toch niet in de loop van de tijd in verval raakt, of dat de neutronenster zich later in de geschiedenis van het binaire systeem heeft gevormd. Dat zou betekenen dat hij instortte van een witte dwerg in een neutronenster als gevolg van het gedurende lange tijd voeden van de rode reus, in plaats van een neutronenster te worden als gevolg van een meer traditionele supernova-explosie van een kortlevende massieve ster. "
De volgende vraag is hoe lang dit proces doorgaat? Is het van korte duur of het begin van een langdurige relatie?
"We hebben dit object de afgelopen 15 jaar van onze waarnemingen met INTEGRAL nog niet eerder gezien, dus we denken dat we de röntgenstralen voor het eerst hebben zien aanslaan", zegt Erik Kuulkers, ESA's INTEGRAL-projectwetenschapper. "We zullen blijven kijken hoe het zich gedraagt in het geval het slechts een lange 'boer' van wind is, maar tot nu toe hebben we geen significante veranderingen gezien."
Het INTEGRAL-ruimteobservatorium werd in 2002 gelanceerd om enkele van de meest energetische verschijnselen in het universum te bestuderen. Het richt zich op zaken als zwarte gaten, neutronensterren, actieve galactische kernen en supernovae. INTEGRAL is een missie van de European Space Agency in samenwerking met de Verenigde Staten en Rusland. De verwachte einddatum is december 2018.
