Een dichte bolvormige sterrenhoop nabij het centrum van ons Melkwegstelsel bevat een zoemende bijenkorf van snel ronddraaiende milliseconde pulsars, volgens astronomen die 21 nieuwe pulsars in de cluster ontdekten met behulp van de 100 meter lange Robert C. van de National Science Foundation, de cluster, genaamd Terzan 5 heeft nu het record voor pulsars, met 24, waarvan drie bekend vóór de GBT-waarnemingen.
"We hebben de jackpot gewonnen toen we naar deze cluster keken", zegt Scott Ransom, een astronoom bij het National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, VA. “Deze cluster heeft niet alleen veel pulsars - en we verwachten er nog steeds meer in te vinden - maar de pulsars erin zijn erg interessant. Ze bevatten er minstens 13 in binaire systemen, waarvan er twee verduisterend zijn, en de vier snelst roterende pulsars die in een bolhoop bekend zijn, met de snelste twee die bijna 600 keer per seconde roteren, ongeveer net zo snel als een huishoudelijke blender, "voegde Ransom eraan toe . Ransom en zijn collega's rapporteerden hun bevindingen op de bijeenkomst van de American Astronomical Society in San Diego, CA, en in het online tijdschrift Science Express.
De talrijke pulsars van de sterrenhoop zullen naar verwachting een bonanza aan nieuwe informatie opleveren over niet alleen de pulsars zelf, maar ook over de dichte stellaire omgeving waarin ze zich bevinden en waarschijnlijk zelfs over de kernfysica, aldus de wetenschappers. Uit voorlopige metingen blijkt bijvoorbeeld dat twee van de pulsars zwaarder zijn dan sommige theoretische modellen zouden toestaan. "Al deze exotische pulsars zullen ons jarenlang bezig houden", zegt Jason Hessels, een Ph.D-student aan de McGill University in Montreal.
Bolvormige sterrenhopen zijn dichte agglomeraties van maximaal miljoenen sterren, die allemaal rond dezelfde tijd zijn gevormd. Pulsars zijn draaiende, superdense neutronensterren die 'vuurtorenstralen' van radiogolven of licht ronddraaien terwijl ze ronddraaien. Een neutronenster is wat overblijft nadat een massieve ster aan het einde van zijn leven als een supernova explodeert.
De pulsars in Terzan 5 zijn het product van een complexe geschiedenis. De sterren in de cluster zijn ongeveer 10 miljard jaar geleden gevormd, zeggen de astronomen. Enkele van de meest massieve sterren in de cluster explodeerden en lieten de neutronensterren na slechts een paar miljoen jaar als hun overblijfselen achter. Normaal gesproken zouden deze neutronensterren niet langer worden gezien als snel roterende pulsars: hun spin zou zijn vertraagd vanwege het "slepen" van hun intense magnetische velden totdat het "vuurtoren" -effect niet langer waarneembaar is.
De dichte concentratie van sterren in de cluster gaf de pulsars echter nieuw leven. In de kern van een bolhoop kunnen maar liefst een miljoen sterren worden verpakt in een volume dat gemakkelijk tussen de zon en onze dichtstbijzijnde buurster zou passen. In zulke nauwe ruimtes kunnen sterren dichtbij genoeg passeren om nieuwe binaire paren te vormen, zulke paren uit elkaar te splitsen, en binaire systemen kunnen zelfs partners ruilen, zoals een uitgebreide kosmische vierkante dans. Wanneer een neutronenster gepaard gaat met een "normale" metgezel, kan de sterke zwaartekracht ervan materiaal van de metgezel naar de neutronenster trekken. Dit brengt ook een deel van de spin of het impulsmoment van de metgezel over naar de neutronenster, waardoor de neutronenster wordt "gerecycled" in een snel roterende milliseconde pulsar. Als gevolg van dit proces draaien alle ontdekte pulsars in Terzan 5 snel.
Astronomen hadden eerder in Terzan 5 drie pulsars ontdekt, zo'n 28.000 lichtjaar ver in het sterrenbeeld Boogschutter, maar vermoedden dat er meer waren. Op 17 juli 2004 gebruikten Ransom en zijn collega's de GBT en vonden in een observatie van 6 uur 14 nieuwe pulsars, de meest ooit gevonden in één enkele observatie.
"Dit was mogelijk vanwege de grote gevoeligheid van de GBT en de nieuwe mogelijkheden van onze backend-processor", zegt Ingrid Stairs, een professor aan de University of British Columbia in Vancouver. De processor, toepasselijk de Pulsar Spigot genoemd, is gebouwd in samenwerking tussen de NRAO en het California Institute of Technology. Met de processor, die bijna 100 GigaBytes aan gegevens per uur genereert, konden de astronomen radiogolven verzamelen en analyseren over een breed frequentiebereik (1650-2250 MegaHertz), wat bijdroeg aan de gevoeligheid van hun systeem.
Acht andere waarnemingen tussen juli en november 2004 ontdekten zeven extra pulsars in Terzan 5. Bovendien blijkt uit de gegevens van de astronomen dat er nog meer pulsars zijn die nog moeten worden bevestigd.
Toekomstige studies van de pulsars in Terzan 5 zullen wetenschappers helpen de aard van de cluster en de complexe interacties van de sterren in de dichte kern te begrijpen. Ook bieden verschillende pulsars een rijke opbrengst aan nieuwe wetenschappelijke informatie. De wetenschappers vermoeden dat één pulsar, die vreemde verduisteringen van zijn radio-emissie vertoont, onlangs zijn oorspronkelijke binaire metgezel heeft ingeruild voor een andere, en twee andere hebben witte dwergmetgezellen waarvan zij denken dat ze zijn veroorzaakt door de botsing van een neutronenster en een rood-gigantische ster. Subtiele effecten die in deze twee systemen worden gezien, kunnen worden verklaard door Einsteins algemene relativistische zwaartekrachttheorie, en geven aan dat de neutronensterren zwaarder zijn dan sommige theorieën toestaan. Het materiaal in een neutronenster is even dicht als dat in een atoomkern, dus dat feit heeft implicaties voor zowel de kernfysica als de astrofysica.
'Het vinden van al deze pulsars was buitengewoon spannend, maar de opwinding is pas net begonnen', zei Ransom. 'Nu kunnen we ze gaan gebruiken als een rijk en waardevol kosmisch laboratorium', voegde hij eraan toe.
Naast Ransom, Hessels and Stairs bestond het onderzoeksteam uit Paulo Freire van Arecibo Observatory in Puerto Rico, Fernando Camilo van Columbia University, Victoria Kaspi van McGill University en David Kaplan van het Massachusetts Institute of Technology.
Het National Radio Astronomy Observatory is een faciliteit van de National Science Foundation, beheerd in samenwerking met Associated Universities, Inc. Het pulsaronderzoek werd ook ondersteund door de Canada Foundation for Innovation, Science and Engineering Research Canada, de Quebec Foundation for Research on Nature and Technology, het Canadian Institute for Advanced Research, Canada Research Chairs Program en de National Science Foundation.
Oorspronkelijke bron: NRAO-persbericht
