De compactste objecten uit het heelal, de zogenaamde neutronensterren, draaien niet alleen razendsnel om hun as, maar maken daarbij ook nog eens een schommelende beweging als een speelgoedtol. Een team ruimteonderzoekers van het Nationaal Instituut voor Ruimteonderzoek SRON en de Universiteit Utrecht leidde dit af uit waarnemingen met het onder leiding van SRON gebouwde instrument aan boord van ESA-röntgensatelliet XMM-Newton. De onderzoekers zullen binnenkort hun waarnemingen vervolgen met een instrument van SRON-makelij aan boord van de röntgensatelliet Chandra van NASA.

Neutronensterren, ineengestorte kernen van wat ooit middelzware sterren waren, zijn vooral bekend als pulsars. In dat geval produceert de uiterst compacte bol met een straal van ongeveer 10 kilometer en daar omheen een extreem sterk magneetveld, net als een vuurtoren een zeer heldere bundel straling. Als de aarde toevallig in het draaivlak van de bundel ligt, is de kosmische vuurtoren waarneembaar als een knipperende puntbron van röntgen-, radio- of andere straling.

Met de röntgentelescoop XMM-Newton konden de onderzoekers van SRON en de Universiteit Utrecht echter ook de ‘zachte’ röntgenstraling waarnemen die uitgezonden wordt door het oppervlak van de neutronenster zelf. Bovendien was het met de door SRON gebouwde Reflection Grating Spectrometer (RGS) aan boord van XMM-Newton voor het eerst mogelijk om hoge-resolutie spectra van deze straling te maken. Cor de Vries, Jacco Vink, Mariano Méndez en Frank Verbunt namen op deze manier de neutronenster RX J0720.4-3125 onder de loep.

‘De observaties leken aanvankelijk nogal teleurstellend, omdat ze ogenschijnlijk nauwelijks informatie opleverden’, vertelt Jacco Vink. ‘We hoopten uit de spectra af te kunnen leiden hoe sterk de zwaartekracht aan het oppervlak is. Daarmee zouden we iets kunnen zeggen over de materie waaruit een neutronenster bestaat.’

Zwart lichaam

De compacte bal materie straalde echter op dezelfde manier als een ordinaire gloeilamp, een zogeheten ‘zwart lichaam’, maar dan met een gloeidraad van 1 miljoen graden. ‘Voor astrofysici leek er weinig lol aan te beleven.’, aldus Vink. Wel bleek de neutronenster in totaal minder straling uit te zenden dan op grond van het zwart lichaammodel zou moeten, zodat men vermoedde dat niet het hele steroppervlak zo heet was.

Door de neutronenster een aantal jaren te volgen constateerde het Utrechtse team dat het spectrum van de ster veranderde en steeds minder op dat van een zwart-lichaamstraler is gaan lijken. Terugkijkend relateerde men vervolgens deze langzame veranderingen aan veranderingen in de pulsarstraling, die knippert met een frequentie van 8,391 seconden. Ook dit ‘pulsprofiel’ blijkt in de loop der tijd duidelijk veranderd te zijn.

Schommeltempo

De ruimteonderzoekers concluderen dat deze waarnemingen overeenkomen met theoretische berekeningen waarbij een neutronenster die niet alleen in 8,391 seconden om zijn as draait, maar dat ook de as zelf schommelt op een tijdschaal van enige jaren (een nauwkeuriger schatting is nog niet mogelijk). Omdat zich in de buurt van de neutronenster verder niets bevindt dat de ster uit evenwicht kan brengen is de schommeling alleen te verklaren uit het feit dat de neutronenster niet perfect bolvormig is, maar een assymmetrie vertoont. Het geschatte ‘schommeltempo’ komt overeen met theoretische berekeningen voor een hemellichaam van deze massa en rotatiesnelheid. Het team neemt zich voor de ontwikkelingen rond deze kosmische draaitol op de voet te blijven volgen, om zo meer gegevens te krijgen over deze exotische hemellichamen. Daarvoor zetten zij nu dus ook de Low Energy Transmission Grating (LETG) in aan boord van Chandra.