Kleine koele ster blijkt onverwacht explosief

Een kosmische superexplosie op een extreem compacte, maar relatief koele ster stelt astronomen voor raadsels. De volgens de theorie aanwezige warmte in de ster zou nooit toereikend kunnen zijn om de waargenomen explosie te veroorzaken. Daar moet dus meer aan de hand zijn, denkt sterrenkundige bij SRON, Laurens Keek, die hier op 1 december op promoveert aan de Universiteit Utrecht.

Op 5 mei 2005 registreerden de sensoren op de NASA-satelliet Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) een bijzonder grote explosie op de ster 4U 1606-522. Geen normale ster zou zo’n explosie overleven. RXTE keek dan ook niet naar een normale ster, maar naar een neutronenster, een ster met een massa van ongeveer anderhalf keer die van de zon en een straal ter grootte van de stad Utrecht. Neutronensterren, sterren die zo compact zijn dat een theelepeltje ervan al tonnen zou wegen, zijn overblijfsels van zware sterren die op het eind van hun leven als een supernova uiteengespat zijn. In het binnenste van neutronensterren speelt zich extreme natuurkunde af die nog niemand begrijpt. Waarschijnlijk is de druk zo hoog dat het nog maar de vraag is of neutronen, bestanddelen van atomen, nog kunnen bestaan. ‘Dat is nergens na te bootsen op aarde, zelfs niet in CERN’, vertelt Laurens Keek.

Maar om de binnenkant ging het Laurens Keek niet. Hij was meer geïnteresseerd in wat zich aan de buitenkant van de neutronenster afspeelt, en dan vooral bij neutronensterren die een tot mislukken gedoemd huwelijk hebben gesloten met een begeleidende normale ster. ‘Neutronensterren met een begeleider hebben een opvliegend karakter’, zegt de promovendus. ‘Dat komt doordat de neutronenster zijn begeleider letterlijk leegzuigt.’ Door de enorme aantrekkingskracht verplaatst zich voortdurend materie van de begeleidende ster naar de neutronenster. De materie, gas dat zo heet wordt dat het röntgenstraling uitzendt, verzamelt zich op het oppervlak van de neutronenster. Als het gas een laagje van een paar meter heeft gevormd is de druk zo hoog dat zich spontaan een kernexplosie voordoet die instrumenten aan boord van satellieten kunnen zien als een flits van röntgenstraling. Er zijn nu tientallen neutronensterren bekend, die röntgenflitsen uitzenden met regelmatige tussenposen van uren tot dagen.

Kernexplosie
De flits van 5 mei 2005 was geen gewone röntgenflits, maar een veel zeldzamere superflits. ‘Superflitsen zijn duizend keer zo sterk en duren duizend keer zo lang als gewone flitsen’, zegt Keek. En ze komen van diep. Op honderd meter diepte in de ster ontstaat een laag koolstof als product van de kernreactie van de gewone röntgenflitsen. Komt die laag onder voldoende grote druk te staan en is de temperatuur hoog genoeg, dan brandt al het koolstof in een keer op in een gigantische kernexplosie.

Juist met die temperatuur was iets vreemds aan de hand in het geval van de flits van 5 mei 2005. Laurens Keek: ‘Normaal zien we dat de ster gedurende meer dan tien jaar voorafgaand aan een superflits opgewarmd wordt door het aanzuigen van hete materie van de begeleidende ster. Maar bij de flits van 5 mei 2005 begon dat opwarmen pas 55 dagen voor de superflits. Blijkbaar gebeurt er nog iets in de ster dat hem opwarmt tot de explosieve temperatuur.’

Het liefst zou Keek zo’n superflits bekijken met een röntgentelescoop die het licht van de flits in detail kan analyseren, zoals de ruimtetelescoop XMM-Newton van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. SRON bouwde een van de precisie-instrumenten op XMM-Newton, de RGS. ‘Maar wanneer en waar zo’n superflits afgaat, dat weet je nooit zeker’, zegt Keek. Dat blijft dus een kwestie van geduld en geluk.

• Bekijk hier een animatie van NASA van een exploderende neutronenster.