De oppervlaktepatronen voor verschillende torsiemodi. Klik om te vergroten
Een enorme explosie op het oppervlak van een neutronenster gaf astronomen de kans om kijk in het oppervlak, vergelijkbaar met hoe geologen inzicht in de structuur van de aarde onder onze voeten. De explosie schokte de neutronenster, en stel ze rinkelen als een bel. De trillingen gingen vervolgens door lagen van verschillende dichtheid - slushy of vast - waardoor de röntgenstralen die stroomden veranderden. Astronomen berekenden dat het een dikkere korst heeft van ongeveer 1,6 km (1 mijl) diep, wat overeenkomt met theoretische schattingen.
Een Amerikaans-Duits team van wetenschappers van het Max Planck Institute for Astrophysics en NASA heeft NASA's Rossi X-ray Timing Explorer gebruikt om de diepte van de korst op een neutronenster te schatten, het dichtste object dat in het universum bekend is. De korst, zeggen ze, is ongeveer 1,6 kilometer diep en zo dicht opeengepakt dat een theelepel van dit materiaal op aarde ongeveer 10 miljoen ton zou wegen.
Deze meting, de eerste in zijn soort, kwam tot stand dankzij een enorme explosie op een neutronenster in december 2004. Trillingen van de explosie onthulden details over de samenstelling van de ster. De techniek is analoog aan seismologie, de studie van seismische golven van aardbevingen en explosies, die de structuur van de aardkorst en het interieur onthullen.
Deze nieuwe seismologietechniek biedt een manier om het interieur van een neutronenster te onderzoeken, een plaats van groot mysterie en speculatie. Druk en dichtheid zijn hier zo intens dat de kern exotische deeltjes zou kunnen bevatten die vermoedelijk alleen op het moment van de oerknal bestonden.
Dr. Anna Watts, van het Max Planck Institute for Astrophysics in Garching, voerde dit onderzoek uit in samenwerking met Dr. Tod Strohmayer van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.
"We denken dat deze explosie, de grootste in zijn soort die ooit is waargenomen, de ster echt schokte en letterlijk als een bel begon te rinkelen", zei Strohmayer. 'De trillingen die bij de explosie zijn ontstaan, zijn weliswaar zwak, maar geven heel specifieke aanwijzingen over waar deze bizarre objecten van zijn gemaakt. Net als een klok, ring een neutronenster is afhankelijk van hoe de golven passeren lagen van verschillende dichtheid, ofwel slushy of vast.”
Een neutronenster is de kern resten van een ster een keer een paar keer zo zwaar is als de zon. Een neutronenster bevat ongeveer 1,4 zonsmassa's van materiaal dat slechts ongeveer 20 kilometer doorsnee in een bol is gepropt. De twee wetenschappers onderzochten een neutronenster genaamd SGR 1806-20, dat ligt op ongeveer 40.000 lichtjaren van de aarde in het sterrenbeeld Boogschutter. Het object is in een subklasse van zeer magnetisch neutronensterren genoemd magnetars.
Op 27 december 2004 heeft het oppervlak van SGR 1806-20 een ongekende explosie, de helderste event ooit gezien van buiten ons zonnestelsel. De explosie, een hyperflare genoemd, werd veroorzaakt door een plotselinge verandering in het krachtige magnetische veld van de ster waardoor de korst barstte en waarschijnlijk een enorme aardbeving veroorzaakte. Het feit is ontdekt door vele ruimteobservatoria, waaronder Rossi Explorer, waarbij de röntgenbron uitgezonden licht waargenomen.
Strohmayer en Watts denken dat de oscillaties het bewijs zijn van wereldwijde torsietrillingen in de korst van de ster. Deze trillingen zijn analoog aan de S-golven die worden waargenomen tijdens aardbevingen, zoals een golf die door een touw beweegt. Hun studie, voortbouwend op waarnemingen van trillingen van deze bron door Dr. GianLuca Israel van het Italiaanse nationale instituut voor astrofysica, vond verschillende nieuwe frequenties tijdens de hyperflare.
Watts en Strohmayer bevestigden vervolgens hun metingen met behulp van NASA's Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager, een zonnewaarnemingscentrum dat ook de hyperflare registreerde, en vonden het eerste bewijs voor een hoogfrequente oscillatie bij 625 Hz, indicatief voor golven die verticaal door de korst gaan.
De overvloed aan frequenties - vergelijkbaar met een akkoord, in tegenstelling tot een enkele noot - stelde de wetenschappers in staat om de diepte van de neutronenster-korst te schatten. Dit is gebaseerd op een vergelijking van frequenties van golven die rond de korst van de ster reizen en van degenen die er radiaal doorheen reizen. De diameter van een neutronenster is onzeker, maar op basis van de schatting van ongeveer 20 kilometer over, zou de korst zijn ongeveer 1,6 kilometer diep. Dit cijfer, gebaseerd op de waargenomen frequenties, komt overeen met theoretische schattingen.
Seismologie van aardbevingen is veelbelovend voor het bepalen van veel eigenschappen van neutronensterren. Strohmayer en Watts hebben gearchiveerde Rossi-gegevens van een dimmer magnetar hyperflare uit 1998 (vanaf SGR 1900 + 14) geanalyseerd en vonden ook hier veelbetekenende oscillaties, hoewel niet sterk genoeg om de korstdikte te bepalen.
Een grotere explosie van neutronensterren gedetecteerd in röntgenstralen kan diepere geheimen onthullen, zoals de aard van materie in de kern van de ster. Een opwindende mogelijkheid is dat de kern gratis quarks kan bevatten. Quarks zijn de bouwstenen van protonen en neutronen en zijn onder normale omstandigheden altijd stevig met elkaar verbonden. Het vinden van bewijs voor gratis quarks zou helpen om de ware aard van materie en energie te begrijpen. Laboratoria op aarde, inclusief massieve deeltjesversnellers, kunnen niet de energie opwekken die nodig is om vrije quarks te onthullen.
"Neutronensterren zijn geweldige laboratoria voor de studie van extreme fysica", zegt Watts. "We zouden er graag een willen openbreken, maar aangezien dat waarschijnlijk niet zal gebeuren, is het misschien het beste om de effecten van een magnetische hyperflare op een neutronenster te observeren."
Oorspronkelijke bron: Max Planck Society
