Neutronensterren zijn niet allemaal even zwaar, maar lijden soms aan over- of ondergewicht. Tot die conclusie komt de Amsterdamse sterrenkundige Arjen van der Meer in een studie naar het gewicht van neutronensterren in röntgendubbelstersystemen.
Donderdag 9 maart is Van der Meer op dit onderwerp gepromoveerd aan de Universiteit van Amsterdam. Tot voor kort vermoedde men dat alle neutronensterren even zwaar zijn, ongeveer 1,35 keer zo zwaar als de zon. Van der Meer en collega's hebben een aantal neutronensterren in röntgendubbelsterren onderzocht en ontdekten dat één van de neutronensterren maar 1,1 keer zo zwaar is als de zon. Dit resultaat is van groot belang voor het begrip van het vormingsproces van neutronensterren. Andere neutronensterren blijken wel bijna twee keer zo zwaar als de zon te zijn. “Waarschijnlijk is deze lichte neutronenster op een andere manier ontstaan dan zijn zwaardere broers”, aldus Arjen van der Meer.
Als een zware ster aan het einde van zijn leven komt, raakt de brandstof op. De kern van zo'n ster stort ineen en de buitenste lagen van de ster worden de ruimte ingeschoten: een zogenoemde supernova. De ineenstortende kern vormt vervolgens een neutronenster of een zwart gat. Neutronensterren zijn slechts zo groot als Amsterdam, maar ze hebben een dichtheid vergelijkbaar met die van de wereldbevolking samengeperst in het volume van een druppel water. De meeste neutronensterren zenden radiostraling uit, de zogenoemde radiopulsars. Er zijn echter ook neutronensterren die materiaal ontvangen van een begeleidende ster. Dit materiaal valt met een enorme snelheid op de neutronenster, waardoor röntgenstraling wordt geproduceerd. Deze straling kan worden gedetecteerd met behulp van bijvoorbeeld de XMM-Newtonsatelliet van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. De neutronensterren die Van der Meer en collega's onderzochten, behoren tot deze laatste categorie. In zijn proefschrift gaat Van der Meer ook in op de röntgeneigenschappen van deze systemen en bestudeert hij de interactie tussen de röntgenpulsar en de massastroom van de begeleidende ster naar het compacte object.
Massabepalingen van neutronensterren worden uitgevoerd door heel nauwkeurig de baanbeweging van zowel de neutronenster als de begeleidende ster te meten. Aan de hand van de snelheden en de vorm van de baan kan de massa van beide sterren worden bepaald. Met behulp van een van de grootste telescopen op aarde, de Very Large Telescope (VLT) op de European Southern Observatory (ESO) in Chili, is dit mogelijk geworden. De geavanceerde instrumenten van deze telescoop hebben het mogelijk gemaakt voor Van der Meer en collega's om de fout op de massabepaling dusdanig te verkleinen, dat de ogenschijnlijk gelijke neutronensterren nu verschillend van gewicht blijken te zijn.
De nieuwe massabepalingen laten zien dat neutronensterren variëren in massa van 1 tot 2,5 keer die van de zon, wat nieuw inzicht geeft in het vormingsproces van neutronensterren. Welke sterren worden lichte neutronensterren, welke worden zware neutronensterren en welke worden een zwart gat? Ook de werking van de natuur bij extreem hoge dichtheden, zoals in een neutronenster het geval is, kan zo worden onderzocht. Dit kan alleen maar in neutronensterren en kan niet worden nagebootst in een laboratorium op aarde.
Neutronensterren variëren meer in gewicht dan gedacht
