Neutronensterren en pulsars: creatie en eigenschappen

Wat gebeurt er als gigantische sterren exploderen? Zij creëren supernovae, die enkele van de meest dynamische evenementen zijn in het universum. Deze stellaire vuurzeeën veroorzaken zulke intense explosies dat het licht dat ze uitstralen het geheel kan overtreffen sterrenstelsels. Ze creëren echter ook iets veel vreemds van de overgebleven: neutronensterren.

Een neutronenster is een heel dichte, compacte bol van neutronen. Dus, hoe gaat een massieve ster van een stralend object naar een trillende, zeer magnetische en dichte neutronenster? Het zit allemaal in hoe sterren hun leven leiden.

Sterren besteden het grootste deel van hun leven aan wat bekend staat als de hoofdreeks. De hoofdreeks begint wanneer de ster kernfusie in zijn kern ontsteekt. Het eindigt zodra de ster de waterstof in zijn kern heeft uitgeput en begint zwaardere elementen te versmelten.

Zodra een ster de hoofdreeks verlaat, zal hij een bepaald pad volgen dat vooraf is bepaald door zijn massa. Massa is de hoeveelheid materiaal die de ster bevat. Sterren met meer dan acht zonsmassa's (één zonnemassa is gelijk aan de massa van onze zon) zal de hoofdreeks verlaten en verschillende fasen doorlopen terwijl ze doorgaan met het samensmelten van elementen tot ijzer.

Zodra de fusie in de kern van een ster ophoudt, begint deze samen te trekken of op zichzelf in te vallen vanwege de immense zwaartekracht van de buitenste lagen. Het buitenste deel van de ster "valt" op de kern en kaatst terug om een ​​enorme explosie te veroorzaken die een type II-supernova wordt genoemd. Afhankelijk van de massa van de kern zelf, wordt het een neutronenster of een zwart gat.

Als de massa van de kern tussen 1,4 en 3,0 zonsmassa's ligt, wordt de kern alleen een neutronenster. De protonen in de kern botsen met zeer hoogenergetische elektronen en creëren neutronen. De kern verstijft en stuurt schokgolven door het materiaal dat erop valt. Het buitenste materiaal van de ster wordt vervolgens in het omringende medium verdreven, waardoor de supernova ontstaat. Als het overgebleven kernmateriaal groter is dan drie zonnemassa's, is de kans groot dat het blijft samendrukken totdat het een zwart gat vormt.

Neutronensterren zijn moeilijke objecten om te bestuderen en te begrijpen. Ze zenden licht uit over een breed deel van het elektromagnetische spectrum - de verschillende golflengten van licht - en lijken nogal te variëren van ster tot ster. Maar het feit dat elke neutronenster verschillende eigenschappen lijkt te vertonen, kan astronomen helpen begrijpen wat hen drijft.

Misschien wel de grootste belemmering voor het bestuderen van neutronensterren is dat ze ongelooflijk dicht zijn, zo dicht dat een blik van 14 ons neutronenster-materiaal evenveel massa zou hebben als onze maan. Astronomen kunnen dat soort dichtheid hier op aarde niet modelleren. Daarom is het moeilijk om de fysica van wat er aan de hand is. Daarom is het bestuderen van het licht van deze sterren zo belangrijk omdat het ons aanwijzingen geeft over wat er zich in de ster afspeelt.

Sommige wetenschappers beweren dat de kernen worden gedomineerd door een pool van vrije quarks - de fundamentele bouwstenen van er toe doen. Anderen beweren dat de kernen gevuld zijn met een ander type exotisch deeltje zoals pionen.

Neutronensterren hebben ook intense magnetische velden. En het zijn deze velden die gedeeltelijk verantwoordelijk zijn voor het maken van de röntgenstralen en gamma stralen die gezien worden vanuit deze objecten. Terwijl elektronen rond en langs de magnetische veldlijnen versnellen, zenden ze uit straling (licht) in golflengten van optisch (licht dat we met onze ogen kunnen zien) tot gammastralen met zeer hoge energie.

Astronomen vermoeden dat alle neutronensterren vrij snel roteren. Als resultaat leveren sommige waarnemingen van neutronensterren een "gepulseerde" emissiesignatuur op. Dus neutronensterren worden vaak PULSating stARS (of PULSARS) genoemd, maar verschillen van andere sterren met variabele emissie. De pulsatie van neutronensterren is te wijten aan hun rotatie, waar andere sterren die pulseren (zoals cephid-sterren) pulseren als de ster uitzet en samentrekt.

Neutronensterren, pulsars en zwarte gaten zijn enkele van de meest exotische stellaire objecten in het universum. Ze begrijpen is slechts een deel van het leren over de fysica van gigantische sterren en hoe ze worden geboren, leven en sterven.

Bewerkt door Carolyn Collins Petersen.