Je leest:

Pulsars draaien rondjes om theorie

Pulsars draaien rondjes om theorie

Auteur: | 4 juni 2003

In een tweetal onderzoeken hebben sterrenkundigen, waaronder Rudy Wijnands en Michiel van der Klis van de Universiteit van Amsterdam, laten zien dat pulsars zich vaak wel, maar soms ook helemaal niet aan de theorie houden. Zo gehoorzamen ze netjes aan een maximumsnelheid van zo’n 750 omwentelingen per seconde, maar lijkt het volgens één theorie alsof ze een omtrek van 720o in plaats van 360o hebben.

Alles in het heelal draait om zijn as, en niets draait sneller dan pulsars, de uitgebrandde kernen van zware sterren. Die draaien in extreme gevallen in 1,6 ms om hun as – het oppervlak beweegt dan met zo’n 12% van de lichtsnelheid. Ietsje sneller nog, en de zwaartekracht is niet sterk meer genoeg om de middelpuntvliedende kracht te overwinnen – de pulsar zou uiteen vliegen.

Sommige pulsars zijn deel van een dubbelster en worden aangedreven door materiaal dat ze van hun partner stelen. Astronomen hebben nu aangetoond dat pulsars een rem hebben om overtollige energie mee kwijt te raken. Ze zenden die uit als zwaartekracht.

Golven rond rond twee op elkaar botsende zwarte gaten. Net zoals de elektromagnetische kracht licht voortbrengt, heeft ook de zwaartekracht een eigen soort straling. Dat zijn rimpelingen in de ruimte-tijd, de vier-dimensionele wereld waarin we leven. Uit de theorie blijkt, dat die maar moeilijk zijn waar te nemen, ook als ze veel energie dragen. De zwarte cirkel is de ‘horizon’ van het zwarte gat, het gebied van waarbinnen zelfs licht niet meer kan ontsnappen. bron: Universiteit van Califorinië, Riverside

Draaien is stralen

Een elektron dat erg snel rond een atoomkern draait, kan energie kwijtraken door een pakketje elektromagnetische straling – licht dus – uit te zenden. Op dezelfde manier kan een rondtollende massa energie uitzenden als zwaartekrachtsgolven. Dat werkt eigenlijk net zo als een ronddraaiende boei op zee golven maakt: een volmaakt ronde boei levert maar weinig golven, maar grillig gevormde boeien des te meer.

Sommige pulsars zijn deel van een dubbelster en worden aangedreven door materiaal dat ze van hun partner stelen. Het gas van de ene ster valt op de pulsar en omdat het gas niet loodrecht op de ster invalt (het spiraalt naar binnen) geeft het telkens zetjes aan de pulsar. Als die daardoor sneller gaat draaien, verandert zijn vorm – de evenaar dijt een beetje uit door de middelpuntvliegende kracht.

Maar zo’n vervorming betekent dat de pulsar meer zwaartekrachtsgolven uitzendt. De omwentelingssnelheid daalt weer en de ster is veilig. Het team waarvan Wijands en van der Klis deel uitmken heeft aangetoond dat er geen enkele pulsar sneller dan 760 keer per seconde om zijn as draait. De zwaartekrachtsrem werkt!

Zwaartekrachtsstraling meten

De echt grote bronnen van zwaartekrachtsgolven, zoals rond elkaar draaiende neutronensterren of exploderende sterren, staan erg ver van ons vandaan. Daarom merken we ook nauwelijks iets van hun golven. Op dit moment worden de eerste experimenten actief waarmee natuurkundigen op zwaartekrachtsgolven gaan jagen. Het LIGO-experiment werkt met twee grote laserbundels van een paar kilometer lang, terwijl het LISA-project drie satellieten in een baan om de zon gaat brengen die hun onderlinge afstand nauwkeurig bij gaan houden.

Sterren als vuurtorens

Pulsars werden in 1967 ontdekt door de Britse Jocelyn Bell-Burnell. Zij ontdekte extreem regelmatige radiosignalen uit het heelal. Eerst dacht men dat het signalen van buitenaardse wezens waren, maar dat bleek onwaarschijnlijk. Een veel betere verklaring was, dat pulsars neutronensterren zijn. Dat zijn de resten van zware sterren.

Als zo’n ster zijn kernbrandstof heeft opgemaakt, volgt een explosie (supernova) die de buitenlagen wegblaast en de uitgebrandde kern overlaat. Die kern stort ineen tot een bal neutronen met een straal van zo’n 10 kilometer. Net als een schaatser die tijdens een pirouette zijn armen intrekt gaat de kern daardoor enorm snel rondtollen – honderden rondjes per seconde zijn geen uitzondering.

Neutronensterren hebben een magnetisch veld dat vele malen sterker is dan dat van de aarde. Aan de magnetische polen komen dan ook veel veldlijnen naar buiten. Als de magnetische as en de rotatie-as van de neutronenster niet samenvallen (wat heel gewoon is – op aarde schelen die twee ook een aantal graden) zwiept de bundel als een vuurturen de hemel af. Als de aarde in het pad van zo’n bundel ligt, zien telescopen met grote regelmaat een flits langskomen. Elke keer als de neutronenster rondzwiept produceert het aan- en uitfloepende veld namelijk een hoop radiostraling. bron: New Jersey Institute of Technology

Van schrokken…

Naast de zwaartekrachtsrem onderzochten Wijnands en van der Klis met grotendeels hetzelfde team ook ander gedrag van pulsars. Een pulsar in een dubbelster wordt vaak ‘gevoed’ door zijn partner. Die voeding vindt niet plaats in één gladde stromen, maar met horten en stoten. Elke keer als een grote klomp materie op de pulsar valt, volgt er een sterkte uitbarsting van röntgenstraling die dagen kan aanhouden.

Die uitbarsting heeft ook hele korte flikkeringen op een tijdschaal van milliseconden. De snelheid van die korte flikkeringen hangt volgens de gangbare theorie af van de precieze omwentelingssnelheid van de pulsar. Om precies te zijn: het verschil tussen de twee belangrijkste frequenties in de flikkeringen is de omwentelingssnelheid van de pulsar. Tenminste, tot men beter naar de metingen keek.

Deze pulsar wordt gevoed door een nabije ster. De pulsar staat namelijk zo dichtbij de ander, dat de buitenlagen daarvan harder door de neutronenster dan door de eigen kern worden aangetrokken. Ze vallen dus in brokken naar de pulsar. Eerst komen ze in een zogenaamde accretieschijf terecht, waarvanuit de massa in brokken naar de pulsar valt. bron: Goddard Space Flight Centre

Krijg je de hik

Die metingen van SAX J1808.4-3658 kloppen namelijk niet met de theorie. Het verschil tussen de twee dominante frequenties is de helft van de omwentelingssnelheid van de pulsar. Die laatste was al bekend door meting van het normale vuurtorengedrag van de pulsar. Volgens de theorie betekent dit verschil dat de ster twee keer om zijn as moet draaien voor we op aarde de ‘hot spot’, waar de explosie van ingevangen materiaal zich bevindt, weer zien.

Anders gezegd: de helft van de rondjes zou de hot spot onzichtbaar zijn! Omdat de uitbarsting zelf wél elk rondje zichtbaar werd, moet de theorie die de flikkeringen in de uitbarsting aan de omwentelingssnelheid koppelt op de helling. En dat is beter te slikken dan een ster die je twee keer rond moet draaien voor hij er hetzelfde uitziet.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 04 juni 2003

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.