Zwaarste neutronenster schudt sterrenkunde op

AMERSFOORT - Neutronensterren kunnen veel zwaarder zijn dan tot nu toe meestal werd aangenomen. Dat blijkt uit recente waarnemingen waar ook Nederlandse astronomen bij zijn betrokken.

De Green Bank Telescope (GBT) in Green Bank, West Virginia, waarmee de zwaarste neutronenster ooit is gevonden.

Een neutronenster is de ineengestorte kern van een reuzenster, die achterblijft wanneer die ster aan het eind van zijn leven explodeert als supernova. Neutronensterren zijn hooguit zo'n dertig kilometer in middellijn, maar ze zijn zwaarder dan de zon. Neutronenstermaterie is daarmee de meest compacte materievorm in het heelal. Eén kubieke centimeter weegt meer dan alle mensen op aarde samen.

Onmogelijk na te bootsen
In wat voor toestand die materie precies verkeert is niet bekend; in een aards laboratorium zijn de extreme omstandigheden onmogelijk na te bootsen. Wel zijn er allerlei theorieën over die zogeheten 'toestandsvergelijking', uiteenlopend van 'strange matter' en 'kaon-condensaten' tot hypothetische 'hyperonen' en mysterieus 'quark-gluon-plasma'.

Als een neutronenster te zwaar is, stort hij verder ineen tot een zwart gat. Maar bij welke massa dat gebeurt, is niet bekend. De verschillende theorieën voorspellen allemaal een andere maximaal toegestane massa. Door neutronensterren te 'wegen' moet het dus mogelijk zijn om die theorieën te toetsen.

Allerlei voorwaarden
Het valt echter niet mee om de massa van een neutronenster precies te meten. Dat lukt alleen wanneer hij een baan rond een andere ster beschrijft, en dan nog moet aan allerlei voorwaarden zijn voldaan en zijn er veel onzekerheden in het spel. De zwaarste nauwkeurig 'gewogen' neutronenster die tot voor kort bekend was, is iets minder dan 1,7 keer zo zwaar als de zon.

Een paar weken geleden publiceerde Marten van Kerkwijk - sinds 2003 verbonden aan de Universiteit van Toronto in Canada - samen met twee collega's metingen aan de neutronenster B1957+20, waaruit zou blijken dat die misschien wel 2,4 keer zo zwaar is als de zon. De meetmethode was echter zeer indirect, en van allerlei aannames afhankelijk, waardoor de werkelijke massa misschien toch aanzienlijk kleiner zou kunnen zijn.

Veel preciezere meting
Een team van astronomen onder leiding van Paul Demorest van het Amerikaanse National Radio Astronomy Observatory komt deze week in Nature echter met een veel preciezere meting aan een andere neutronenster, J1614-2230 geheten, die eveneens deel uitmaakt van een dubbelstersysteem. Die blijkt 1,97 keer zo zwaar te zijn als de zon, met een foutmarge van slechts twee procent.

Volgens co-auteur Jason Hessels van de stichting ASTRON en de Universiteit van Amsterdam is het resultaat zo nauwkeurig omdat een meetmethode gebruikt kan worden die van geen enkele model-aanname uitgaat. Met de 100 meter Green Bank Telescope werden de radiopulsjes van het snel roterende sterretje getimed.

Daarin was de relativistische vertraging zichtbaar die elke 8,7 dagen veroorzaakt wordt door de zwaartekracht van de begeleidende ster, steeds wanneer die - gezien vanaf de aarde - vrijwel exact voor de neutronenster langs beweegt.

Enkele tussenstappen

Die waarneming leidt via enkele tussenstappen tot een eenduidige massabepaling voor de neutronenster. 'Misschien een beetje bot,' zegt Hessels, 'maar die precisie is de reden dat ons artikel in Nature gepubliceerd is en dat van Van Kerkwijk en zijn collega's niet.'

Nu bekend is dat een neutronenster twee keer zo zwaar kan zijn als de zon, blijken veel theoretische modellen niet langer houdbaar te zijn, aldus Hessels. 'Alleen zogeheten harde toestandsvergelijkingen zijn nog mogelijk,' zegt hij, 'waarbij de middellijn van een neutronenster vrijwel onafhankelijk is van de massa.' Hyperonen en kaon-condensaten kunnen bijvoorbeeld de prullenbak in.

Nog mooier zou het zijn als ook de middellijn van J1614-2230 bepaald zou kunnen worden, maar dat zit er voorlopig helaas niet in. 'Misschien bestaat er wel ergens een neutronenster waarbij het mogelijk is om ook de middellijn te meten,' zegt Hessels, 'maar probeer 'm maar eens te vinden.'

Hoe de neutronenster J1614-2230 (links) werd gewogen: radiopulsjes worden vertraagd door de zwaartekracht van de begeleidende ster (voorgrond); daaruit kon de massa van de neutronenster bepaald worden.
Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden