Neutronensterren zijn de overblijfselen van gigantische sterren die stierven bij een vurige explosie die bekend staat als een supernova. Na zo'n uitbarsting verdichten de kernen van deze voormalige sterren zich tot een ultradicht object met de massa van de zon verpakt in een bal ter grootte van een stad.
Hoe ontstaan neutronensterren?
Gewone sterren behouden hun bolvorm omdat de deinende zwaartekracht van hun gigantische massa probeert hun gas naar een centraal punt te trekken, maar wordt in evenwicht gehouden door de energie van kernfusie in hun kernen, die volgens NASA een uitwendige druk uitoefent. Aan het einde van hun leven verbranden sterren die tussen de vier en acht keer de massa van de zon zijn door hun beschikbare brandstof en houden hun interne fusiereacties op. De buitenste lagen van de sterren vallen snel naar binnen, stuiteren tegen de dikke kern en schieten weer uit als een gewelddadige supernova.
Maar de dichte kern blijft instorten en genereert zo hoge drukken dat protonen en elektronen tot neutronen worden samengedrukt, evenals lichtgewichtdeeltjes die neutrino's worden genoemd en die ontsnappen naar het verre universum. Het eindresultaat is een ster met een massa van 90% neutronen, die niet strakker kan worden geperst, en daarom kan de neutronenster niet verder afbreken.
Kenmerken van een neutronenster
Astronomen theoretiseerden voor het eerst over het bestaan van deze bizarre stellaire entiteiten in de jaren dertig, kort nadat het neutron was ontdekt. Maar pas in 1967 hadden wetenschappers in werkelijkheid goede bewijzen voor neutronensterren. Een afgestudeerde student genaamd Jocelyn Bell aan de Universiteit van Cambridge in Engeland merkte vreemde pulsen op in haar radiotelescoop en kwam zo regelmatig aan dat ze in eerste instantie dacht dat ze een signaal zouden kunnen zijn van een buitenaardse beschaving, volgens de American Physical Society. De patronen bleken geen E.T. maar eerder straling uitgezonden door snel ronddraaiende neutronensterren.
De supernova die aanleiding geeft tot een neutronenster geeft veel energie aan het compacte object, waardoor het tussen 0,1 en 60 keer per seconde en tot 700 keer per seconde om zijn as draait. De formidabele magnetische velden van deze entiteiten produceren krachtige stralingskolommen, die als vuurtorenstralen langs de aarde kunnen vegen en zo een pulsar creëren.
De eigenschappen van neutronensterren zijn totaal niet van deze wereld - een enkele theelepel neutronenster-materiaal zou een miljard ton wegen. Als je op de een of andere manier op hun oppervlak zou staan zonder dood te gaan, zou je een zwaartekracht ervaren die 2 miljard keer sterker is dan wat je op aarde voelt.
Het magnetische veld van een gewone neutronenster kan biljoenen keer sterker zijn dan dat van de aarde. Maar sommige neutronensterren hebben zelfs nog extremere magnetische velden, duizend of meer keer de gemiddelde neutronenster. Hierdoor ontstaat een object dat bekend staat als een magnetar.
Starquakes op het oppervlak van een magnetar - het equivalent van aardkorstbewegingen op aarde die aardbevingen veroorzaken - kunnen enorme hoeveelheden energie vrijmaken. In een tiende van een seconde kan een magnetar volgens NASA meer energie produceren dan de zon in de afgelopen 100.000 jaar heeft uitgezonden.
Onderzoek naar neutronensterren
Onderzoekers hebben overwogen om de stabiele, klokachtige pulsen van neutronensterren te gebruiken om te helpen bij de navigatie van ruimtevaartuigen, net zoals GPS-stralen mensen op aarde helpen begeleiden. Een experiment op het internationale ruimtestation Station genaamd Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology (SEXTANT) was in staat om het signaal van pulsars te gebruiken om de locatie van het ISS te berekenen tot binnen 10 mijl (16 km).
Maar er valt nog veel te begrijpen over neutronensterren. In 2019 zagen astronomen bijvoorbeeld de meest massieve neutronenster ooit gezien - met ongeveer 2,14 keer de massa van onze zon verpakt in een bol met een diameter van hoogstwaarschijnlijk 20 km. Bij deze grootte is het object net op de limiet waar het in een zwart gat had moeten zijn ingestort, dus onderzoekers onderzoeken het nauwkeurig om de vreemde fysica die mogelijk aan het werk is, beter te begrijpen.
Onderzoekers krijgen ook nieuwe instrumenten om de dynamiek van neutronensterren beter te bestuderen. Met behulp van de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hebben natuurkundigen de zwaartekrachtsgolven kunnen observeren die worden uitgezonden wanneer twee neutronensterren om elkaar heen cirkelen en vervolgens botsen. Deze krachtige fusies kunnen verantwoordelijk zijn voor het maken van veel van de edelmetalen die we op aarde hebben, waaronder platina en goud, en radioactieve elementen, zoals uranium.
