Afbeelding tegoed: NASA
Wetenschappers van het Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA) en NASA hebben ongekende details vastgelegd van de kolkende gasstroom die slechts een paar kilometer verwijderd is van het oppervlak van een neutronenster, zelf een bol die slechts ongeveer tien mijlen breed is.
Een enorme en zeldzame explosie op het oppervlak van deze neutronenster - meer energie uitstromend in drie uur dan de zon in 100 jaar - verlichtte het gebied en stelde de wetenschappers in staat om details van de regio te bespioneren die nog nooit eerder waren onthuld. Ze konden details zien die zo fijn zijn als de ring van gas die ronddraait en op de neutronenster stroomt terwijl deze ring uit de explosie kromp en vervolgens na ongeveer 1000 seconden langzaam zijn oorspronkelijke vorm terugkreeg.
Dit alles vond plaats op 25.000 lichtjaar van de aarde en werd seconde voor seconde op filmachtige wijze vastgelegd via een proces dat spectroscopie wordt genoemd met NASA's Rossi X-ray Timing Explorer.
Dr. David Ballantyne van CITA aan de Universiteit van Toronto en Dr. Tod Strohmayer van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., Presenteren dit resultaat in een aankomend nummer van Astrophysical Journal Letters. De waarneming geeft nieuw inzicht in de stroming van de 'accretieschijf' van een neutronenster (en misschien een zwart gat), die meestal veel te klein is om zelfs met de krachtigste telescopen op te lossen.
"Dit is de eerste keer dat we de binnenste regionen van een accretieschijf kunnen bekijken, in dit geval letterlijk een paar kilometer van het oppervlak van de neutronenster, de structuur in realtime veranderen", aldus Ballantyne. “Het is bekend dat accretieschijven om veel objecten in het heelal stromen, van nieuw gevormde sterren tot de gigantische zwarte gaten in verre quasars. Details over hoe een dergelijke schijfstroom tot nu toe alleen kon worden afgeleid. ”
Een neutronenster is de dichte kern van een geëxplodeerde ster die minstens acht keer zo zwaar is als de zon. De neutronenster bevat ongeveer de massa van een zon, verpakt in een bol die niet groter is dan Toronto. Een accretieschijf verwijst naar de stroom van heet gas (plasma) dat rond neutronensterren en zwarte gaten wervelt, aangetrokken door de sterke zwaartekracht van het gebied. Dit gas wordt vaak geleverd door een naburige ster.
Als materie op de neutronenster neerstort, bouwt het een laag van 10 tot 100 meter op die voornamelijk uit helium bestaat. De fusie van het helium in koolstof en andere zwaardere elementen geeft enorme energie vrij en zorgt voor een sterke uitbarsting van röntgenlicht, veel energieker dan zichtbaar licht. (Kernfusie is hetzelfde proces dat de zon aandrijft.) Dergelijke uitbarstingen kunnen meerdere keren per dag plaatsvinden op een neutronenster en duren ongeveer 10 seconden.
Wat Ballantyne en Strohmayer waarnamen op deze neutronenster, 4U 1820-30 genaamd, was een "superburst". Deze zijn veel zeldzamer dan gewone, door helium aangedreven bursts en geven duizend keer meer energie af. Wetenschappers zeggen dat deze superbursts worden veroorzaakt door een opeenhoping van atoomas in de vorm van koolstof uit de heliumfusie. Het huidige denken suggereert dat het enige jaren duurt voordat de koolstofas zich zodanig heeft opgebouwd dat het begint te smelten.
De superburst was zo helder en lang dat hij werkte als een schijnwerper die vanaf het oppervlak van de neutronenster naar het binnenste gebied van de accretieschijf werd gestraald. Het röntgenlicht van de gebarsten verlichte ijzeratomen in de accretieschijf, een proces dat fluorescentie wordt genoemd. De Rossi Explorer heeft de karakteristieke signatuur van de ijzerfluorescentie vastgelegd, dat wil zeggen het spectrum. Dit leverde op zijn beurt informatie op over de temperatuur, snelheid en locatie van het ijzer rond de neutronenster.
"De Rossi Explorer kan om de paar seconden een goede meting van het fluorescentiespectrum van de ijzeratomen krijgen", zei Strohmayer. “Als we al deze informatie optellen, krijgen we een beeld van hoe deze aanwasschijf wordt vervormd door de thermonucleaire explosie. Dit is de beste look die we kunnen krijgen, omdat de resolutie die nodig is om deze actie daadwerkelijk als een afbeelding te zien, in plaats van spectra, een miljard keer groter zou zijn dan wat de Hubble-ruimtetelescoop biedt. ”
De wetenschappers zeiden dat de barstende neutronensterren als laboratorium dienen om accretieschijven te bestuderen, die (maar in minder detail) door het heelal worden gezien rond nabijgelegen stellaire zwarte gaten en buitengewoon verre quasaire sterrenstelsels. Stellaire zwarte gaten met accretieschijven produceren geen röntgenuitbarstingen.
De Rossi Explorer is in december 1995 gelanceerd om snel veranderende, energetische en snel ronddraaiende objecten te observeren, zoals superzware zwarte gaten, actieve galactische kernen, neutronensterren en milliseconde pulsars.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
