Wanneer een zware ster tijdens een supernova-explosie onder zijn eigen zwaartekracht bezwijkt, verandert hij in een neutronenster of een zwart gat. Magnetars zijn zeer exotische neutronensterren. Net als andere neutronensterren zijn ze heel klein en hebben een buitengewoon hoge dichtheid – een theelepel neutronenstermaterie zou een massa van ongeveer een miljard ton hebben – maar daarnaast hebben ze ook extreem krachtige magnetische velden.
De sterrenhoop Westerlund 1, die op een afstand van 16.000 lichtjaar in het zuidelijke sterrenbeeld Altaar staat, bevat één van de ruim twintig magnetars die tot nu toe in de Melkweg zijn ontdekt. Het object, dat CXOU J164710.2-455216 wordt genoemd, bezorgt astronomen al geruime tijd hoofdbrekens.
“In eerder onderzoek hebben we aangetoond dat de magnetar in deze sterrenhoop moet zijn ontstaan bij de explosieve dood van een ster die ongeveer veertig keer zo zwaar was als de zon. Maar dit introduceert een nieuw probleem, omdat zulke zware sterren na hun dood naar verwachting ineenstorten tot zwarte gaten, niet tot neutronensterren. We begrepen maar niet hoe deze een magnetar kon zijn geworden,” zegt Simon Clark, hoofdauteur van het artikel waarin deze resultaten worden gepresenteerd.
Interactie met begeleider
Astronomen bedachten een uitweg. Zij opperden dat de magnetar was ontstaan door de interactie met een tweede zeer zware ster die binnen de zon-aarde-afstand om het hemellichaam draait. Maar tot nu toe was er op de plek van de magnetar in Westerlund 1 geen begeleidende ster opgemerkt.
Daarom werd de Very Large Telescope ingeschakeld om er in andere delen van de sterrenhoop naar te gaan zoeken. De astronomen zochten naar wegloopsterren – objecten die met hoge snelheid aan de sterrenhoop ontsnappen – die door de supernova-explosie waarbij de magnetar is ontstaan zijn ‘weggeschopt’. Bij een van de sterren van de sterrenhoop, Westerlund 1-5, bleek inderdaad de juiste kenmerken te vertonen.
“Niet alleen heeft deze ster een snelheid die het gevolg kan zijn van een supernova-explosie, hij is ook veel te helder om als enkelvoudige ster geboren te zijn. Bovendien heeft hij een ongewoon koolstofrijke samenstelling die een enkelvoudige ster onmogelijk tot stand kan brengen – een duidelijk bewijs dat hij oorspronkelijk een begeleider moet hebben gehad”, aldus Ben Ritchie van de Open University, mede-auteur van het nieuwe onderzoeksverslag.
Dankzij deze ontdekking konden de astronomen reconstrueren waarom er in dit geval een magnetar is ontstaan in plaats van het verwachte zwarte gat. Het begon ermee dat de zwaarste van de twee sterren zonder brandstof kwam te zitten, opzwol en zijn buitenste lagen overdroeg aan zijn minder zware begeleider – de latere magnetar – waardoor deze steeds sneller ging draaien. Deze snelle rotatie lijkt een essentiële voorwaarde te zijn voor de vorming van het ultra-sterke magnetische veld van de magnetar.
Ten gevolge van de massa-overdracht werd de begeleidende ster vervolgens zo zwaar dat deze op zijn beurt een aanzienlijk deel van zijn zojuist verworven massa afstootte. Veel van deze massa is verloren geraakt, maar een deel ervan bereikte de oorspronkelijke ster, die we nu kennen als Westerlund 1-5.
‘Afslanken’ tot magnetar
“Het is deze uitwisseling van materiaal die Westerlund 1-5 een unieke chemische signatuur heeft gegeven en ervoor heeft gezorgd dat de massa van zijn begeleider voldoende afnam om een magnetar te laten ontstaan in plaats van een zwart gat”, concludeert teamlid Francisco Najarro van het Centro de Astrobiología in Spanje.
Het lijkt er dus op dat het hebben van een stellaire begeleider een essentiële voorwaarde is voor het ontstaan van een magnetar. De snelle rotatie die het gevolg is van de massa-overdracht tussen twee sterren lijkt noodzakelijk om het ultra-sterke magnetische veld te genereren, en vervolgens zorgt een tweede fase van massa-overdracht ervoor dat de magnetar-in-wording voldoende afslankt om uiteindelijk niet tot een zwart gat ineen te storten.