Ruimteonderzoekers verklaren opgezweepte sterren

Pulsars, snel ronddraaiende compacte sterren, kunnen worden opgezweept tot bizarre rotatiesnelheden. Invallende materie afkomstig van een begeleidende ster is hiervoor verantwoordelijk. De ruimteonderzoekers Lucien Kuiper en Wim Hermsen van SRON hebben deze versnelling voor het eerst waargenomen. Daarmee hebben ze een belangrijke schakel aangetoond in de ontstaansgeschiedenis van de ultrasnelle millisecondepulsars, sterren ter grootte van de stad Amsterdam die sneller rond hun as draaien dan een keukenmixer.

De ruimteonderzoekers bereikten hun doorbraak met behulp van waarnemingen met de satelliet Integral van ESA en de Rossi X-ray Timing Explorer van NASA. Hun resultaten worden binnenkort gepubliceerd in het toonaangevende vaktijdschrift Astronomy and Astrophysics.

Pulsars zijn overblijfselen van sterren die ongeveer acht keer zo zwaar zijn als de zon. Aan het eind van zijn leven raakt de ster uit evenwicht en blaast zijn buitenste gasschillen weg. Wat overblijft, stort ineen tot een sterretje met een enorme zwaartekracht dat als een razende ronddraait. Soms draait een pulsar in een dubbelstersysteem om een andere ster heen. Dat loopt voor die begeleidende ster meestal niet goed af. De pulsar zuigt de ster letterlijk uit. De materie van de ster verzamelt zich eerst als een draaikolk rond de pulsar om er vervolgens op te storten.

Puzzelstuk
“Normaal gesproken verliest een pulsar geleidelijk energie en gaat zo in miljoenen jaren steeds langzamer draaien”, legt Lucien Kuiper uit. Dat een pulsar ook kan versnellen tot een millisecondenpulsar door massaoverdracht van een begeleidende ster, voorspelde de astronoom Ed van den Heuvel van de Universiteit van Amsterdam in de jaren tachting. “Dat we zo’n versnelling nu voor het eerst hebben kunnen zien, was een kwestie van op het juiste moment op de juiste plek aan de hemel kijken, een beetje geluk dus. Maar daardoor hebben we nu wel het ontbrekende puzzelstuk kunnen inpassen”, vertelt Lucien Kuiper.

De juiste plek was het gebied rond de supernovarest CasA in het sterrenbeeld Cassiopeia. Tijdens een waarneming van het gebied met Integral door SRON-onderzoekers vond op de pulsar IGR J00291+5934 een uitbarsting plaats die ongeveer 15 dagen duurde. Zo’n uitbarsting ontstaat doordat materie van de begeleidende ster op de pulsar stort. Het zorgde er meteen voor dat de pulsar zichtbaar werd in het blikveld van Integral en daarmee aandacht trok van de SRON-onderzoekers.

Precisiemetingen met de Rossi X-ray timing explorer maakten het Kuiper en Hermsen mogelijk de invloed van de neerstortende materie op de draaisnelheid van de pulsar te bepalen. En die draaisnelheid bleek duidelijk toe te nemen.

“We hebben hiermee de belangrijkste ontbrekende schakel aangetoond in de ontstaansgeschiedenis van de millisecondenpulsars”, vertelt Lucien Kuiper, “maar we hebben nog iets bijzonders gezien in de spectra. Fotonen die door heet plasma gaan kunnen theoretisch meer energie krijgen. Dat zou je in het spectrum terug moeten kunnen zien. Boven de magnetische polen van de pulsar speelt dit proces zich af en ook dat hebben we nu voor het eerst in detail kunnen waarnemen.”

Integral is het ruimteobservatorium van ESA dat is toegerust voor de waarneming van gammastraling, de meest energierijke straling in het heelal. De satelliet werd in oktober 2002 gelanceerd. Wim Hermsen is als Mission Scientist medeverantwoordelijk voor het wetenschappelijk programma van de satelliet.

De resultaten worden binnenkort beschreven in Astronomy & Astrophysics en zijn al in te zien op http://www.arxiv.org/abs/astro-ph/0508613.