Afbeelding tegoed: NASA
Het is mogelijk dat de spinsnelheid van pulsars wordt beperkt door zwaartekrachtstraling volgens nieuwe gegevens die zijn verzameld door NASA's Rossi X-ray Timing Explorer - een fenomeen dat is voorspeld door Albert Einstein. Wetenschappers geloven dat wanneer een pulsar versnelt, deze uitvalt en dat de vervormingen in zijn vorm ervoor zorgen dat hij zwaartekrachtsgolven uitzendt die voorkomen dat hij zo snel draait dat hij uit elkaar vliegt.
Zwaartekrachtstraling, rimpelingen in het weefsel van de ruimte die Albert Einstein had voorspeld, kan dienen als een kosmische verkeersregelaar, waardoor roekeloze pulsars worden beschermd tegen te snel ronddraaien en uit elkaar blazen, volgens een rapport dat is gepubliceerd in het nummer van 3 juli van Nature.
Pulsars, de snelst ronddraaiende sterren in het heelal, zijn de overblijfselen van ontplofte sterren, die de massa van onze zon bevatten die tot een bol van ongeveer 10 mijl doorsnee is samengedrukt. Sommige pulsars winnen aan snelheid door gas van een naburige ster naar binnen te trekken en bereiken een spinsnelheid van bijna één omwenteling per milliseconde, of bijna 20 procent lichtsnelheid. Deze "milliseconde" pulsars zouden uit elkaar vliegen als ze veel sneller zouden worden.
Met behulp van NASA's Rossi X-ray Timing Explorer hebben wetenschappers een limiet gevonden voor hoe snel een pulsar draait en speculeren dat de oorzaak zwaartekrachtsstraling is: hoe sneller een pulsar draait, hoe meer zwaartekrachtstraling hij kan afgeven, omdat zijn prachtige bolvorm lichtjes wordt misvormd. Dit kan de rotatie van de pulsar belemmeren en hem redden van vernietiging.
"De natuur heeft een maximumsnelheid ingesteld voor pulsar-spins", zegt prof. Deepto Chakrabarty van het Massachusetts Institute of Technology, hoofdauteur van het tijdschriftartikel. “Net als auto's die op een snelweg rijden, kunnen de snelst draaiende pulsars technisch twee keer zo snel gaan, maar iets houdt ze tegen voordat ze uit elkaar vallen. Het kan zwaartekrachtsstraling zijn die voorkomt dat pulsars zichzelf vernietigen. '
De co-auteurs van Chakrabarty zijn Drs. Edward Morgan, Michael Muno en Duncan Galloway van MIT; Rudy Wijnands, University of St. Andrews, Schotland; Michiel van der Klis, Universiteit van Amsterdam; en Craig Markwardt, NASA Goddard Space Flight Center. Wijnands leidt ook een tweede Nature-brief als aanvulling op deze bevinding.
Zwaartekrachtgolven, analoog aan golven op een oceaan, zijn rimpelingen in vierdimensionale ruimtetijd. Deze exotische golven, voorspeld door Einsteins relativiteitstheorie, worden geproduceerd door massieve bewegende objecten en zijn nog niet direct gedetecteerd.
Een pulsar, ontstaan in een sterexplosie, wordt ronddraaiend geboren, misschien wel 30 keer per seconde, en vertraagt over miljoenen jaren. Maar als de dichte pulsar, met zijn sterke zwaartekrachtpotentieel, zich in een binair systeem bevindt, kan hij materiaal van zijn begeleidende ster naar binnen trekken. Deze instroom kan de pulsar tot het millisecondebereik opdrijven en honderden keren per seconde roteren.
In sommige pulsars wordt het accumulerende materiaal op het oppervlak af en toe verbruikt in een enorme thermonucleaire explosie, die een uitbarsting van röntgenlicht uitzendt dat slechts enkele seconden duurt. In deze woede ligt een korte kans om de spin van anders zwakke pulsars te meten. Wetenschappers melden in Nature dat een soort flikkering in deze röntgenuitbarstingen, 'burst-oscillaties' genoemd, dient als een directe maat voor de spinsnelheid van de pulsar. Toen ze de burst-oscillaties van 11 pulsars bestudeerden, ontdekten ze dat er geen sneller ronddraaide dan 619 keer per seconde.
De Rossi Explorer kan pulsars detecteren die maar liefst 4.000 keer per seconde ronddraaien. Pulsar-break-up zal naar verwachting plaatsvinden bij 1.000 tot 3.000 omwentelingen per seconde. Toch hebben wetenschappers er niet zo snel gevonden. > Uit statistische analyse van 11 pulsars kwamen ze tot de conclusie dat de maximale snelheid die in de natuur te zien is, lager moet zijn dan 760 omwentelingen per seconde.
Deze waarneming ondersteunt de theorie van een feedbackmechanisme met gravitatiestraling die pulsarsnelheden beperkt, voorgesteld door prof. Lars Bildsten van de Universiteit van Californië, Santa Barbara. Terwijl de pulsar door aanwas snelheid wint, zal elke kleine vervorming in de dichte, halve mijl dikke korst van kristallijn metaal van de ster de pulsar in staat stellen zwaartekrachtgolven uit te stralen. (Stel je een draaiende, langwerpige rugbybal in water voor, die meer rimpels zou veroorzaken dan een draaiende, bolvormige basketbal.) Uiteindelijk wordt een evenwichtsrotatiesnelheid bereikt waar de hoekbeweging die wordt afgegeven door het uitzenden van zwaartekrachtstraling overeenkomt met het impulsmoment dat aan de pulsar wordt toegevoegd door zijn begeleidende ster.
Bildsten zei dat het aanspreken van millisecondepulsars uiteindelijk op een geheel nieuwe manier in meer detail zou kunnen worden bestudeerd, door de directe detectie van hun zwaartekrachtstraling. LIGO, het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory dat nu in gebruik is in Hanford, Washington en in Livingston, Louisiana, zal uiteindelijk worden afgestemd op de frequentie waarmee milliseconde pulsars zwaartekrachtsgolven zullen uitzenden.
"De golven zijn subtiel en veranderen de ruimtetijd en de afstand tussen objecten zo ver uit elkaar als de aarde en de maan met veel minder dan de breedte van een atoom", zegt prof. Barry Barish van het California Institute of Technology, de directeur van LIGO. “Als zodanig is gravitatiestraling nog niet direct gedetecteerd. We hopen dat snel te veranderen. ”
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
