Onderzoekers van vijf verschillende instituten, waaronder SRON, hebben ‘s werelds grootste verzameling van thermonucleaire explosies op neutronensterren gemaakt en geanalyseerd. Ze hebben decennia aan data gebruikt van NASA’s, ESA’s en Italiaans-Nederlandse röntgentelescopen om hun database op te bouwen.
Thermonucleaire explosies op neutronensterren zijn detecteerbaar als röntgenuitbarstingen en duren tussen de tien en honderd seconden. Ze ontstaan uit op hol geslagen fusiereacties van aangetrokken waterstof en helium, die afkomstig zijn van een begeleidende ster. In onze Melkweg zijn meer dan honderd neutronensterren met thermonucleaire explosies bekend. Een uitbarsting veroorzaakt een kettingreactie van honderden afzonderlijke nucleaire transformaties, waardoor de beschikbare brandstof uitgeput raakt.
‘We hebben meer dan zevenduizend explosies geïdentificeerd op 85 neutronensterren, na analyse van ruim 200.000 afzonderlijke waarnemingen’, zegt mede-hoofdonderzoeker Jean in ‘t Zand van SRON Netherlands Institute for Space Research. ‘Voor een klein team zonder specifieke financiering duurde dit meer dan een decennium om te voltooien. Gelukkig konden we het afmaken en we zijn blij dat we de sterrenkundige gemeenschap gemakkelijke toegang kunnen geven tot deze spannende data.’
De database vormt op twee manieren een wetenschappelijke goudmijn. Allereerst creëren de thermonucleaire explosies zeldzame isotopen die we op aarde nooit kunnen produceren vanwege de extreme temperaturen die vereist zijn—bijna een miljard graden Celsius. Ten tweede dienen de explosies als heldere markeringen op het oppervlak van een neutronenster, waardoor astronomen de omvang van de ster kunnen meten. Samen met de massa geeft dit de dichtheid van een neutronenster. Met die informatie vormt een neutronenster het beste beschikbare laboratorium voor het bestuderen van de sterke kernkracht—een van de vier fundamentele krachten.
Publicatie
Duncan K. Galloway, Jean in ‘t Zand, Jérôme Chenevez, Hauke Wörpel, Laurens Keek, Laura Ootes, Anna L. Watts, Luis Gisler, Celia Sanchez-Fernandez, and Erik Kuulkers, ‘The Multi-INstrument Burst ARchive (MINBAR)‘, The Astrophysical Journal
Largest ever collection of thermonuclear explosions on neutron stars
Researchers from five different institutes, including SRON, have assembled and analysed the largest collection yet of thermonuclear explosions on neutron stars in our Galaxy. They used decades of data from NASA’s, ESA’s and Italian-Dutch X-ray telescopes to build their database.
Thermonuclear explosions on neutron stars are detectable as X-ray bursts and last between 10 to 100 seconds. They arise from runaway fusion reactions of accreted hydrogen and helium, coming from a companion star that orbits the neutron star once every few hours. More than one hundred thermonuclear explosions are known in our Galaxy. When a burst ignites, it triggers a chain of hundreds of separate nuclear reactions, exhausting the available fuel.
‘We identified more than 7,000 events from 85 burst sources, after analysing over 200,000 separate observations,’ says study co-lead Jean in ‘t Zand from SRON Netherlands Institute for Space Research. ‘For a small team with no dedicated funding this took more than a decade to complete and we are glad we could carry this through and provide the community easy access to these exciting data.’
The database forms a scientific goldmine in two ways. First of all, the thermonuclear explosions create rare isotopes that we could never produce on Earth because of the extreme temperatures required—close to one billion degrees Celsius. Secondly, the explosions serve as bright markers in a neutron star’s surface, enabling astronomers to measure the stellar radius. Together with the mass this gives a neutron star’s density. With that information a neutron star is the best available laboratory for studying the strong nuclear force—one of the four fundamental forces.
Publication
Duncan K. Galloway, Jean in ‘t Zand, Jérôme Chenevez, Hauke Wörpel, Laurens Keek, Laura Ootes, Anna L. Watts, Luis Gisler, Celia Sanchez-Fernandez, and Erik Kuulkers, ‘The Multi-INstrument Burst ARchive (MINBAR)‘, The Astrophysical Journal
