De pulsar wisselt bijna doorlopend tussen twee helderheidstoestanden, wat tot voor kort een groot mysterie was. Maar onderzoekers denken dit eigenaardige gedrag nu toch te kunnen duiden.
Op ongeveer 4500 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Sextant, bevindt zich een pulsar – een snel roterende, magnetische, dode ster. Met deze pulsar is echter iets vreemds aan de hand. Zo weten astronomen al een tijdje dat het raadselachtige object bijna doorlopend wisselt tussen twee verschillende helderheidstoestanden. Onderzoekers stonden voor een raadsel. Maar een nieuwe studie licht nu een tipje van de sluier op.
Een pulsar is het snel ronddraaiende restant van een geëxplodeerde zware ster. Het restant heeft een krachtig, roterend magnetisch veld dat een elektrisch veld genereert. Dat elektrische veld versnelt geladen deeltjes nabij de magnetische polen van de pulsar, waardoor op beide polen een stralingsbundel ontstaat. Omdat die pulsar ook nog eens heel snel roteert, zwaaien de stralingsbundels – net als de lichtbundels van een vuurtoren – door de ruimte heen. En wanneer zo’n stralingsbundel kortstondig op de aarde gericht is, kan deze door astronomen worden gedetecteerd. Het resultaat is een korte, zichtbare flits, waardoor het dus net lijkt alsof de ster pulseert.
De pulsar in kwestie, die ook wel PSR J1023+0038 (of kortweg J1023) wordt genoemd, draait om een andere ster. In de afgelopen tien jaar heeft de pulsar al veel materie van zijn begeleider ‘gestolen’. Deze materie hoopt zich op in een schijf rond de dode ster.
Twee modi
Maar nu komt het gekke. Vanaf het moment dat de pulsar deze materie begon te verzamelen, verdween de rondzwiepende bundel elektromagnetische straling bijna helemaal. Vervolgens wisselt de pulsar steeds tussen twee verschillende modi. In de ‘hoge’ modus zendt de pulsar heldere röntgenstraling, ultraviolet en zichtbaar licht uit. In de ‘lage’ modus is de dode ster zwakker op deze golflengten en zendt daarentegen juist weer meer radiogolven uit. De pulsar blijft enkele seconden of minuten in elke modus hangen en schakelt dan binnen slechts luttele seconden om naar de andere modus.
Twaalf (!) telescopen
Astronomen hadden tot voor kort nog geen verklaring voor dit raadselachtige gedrag van J1023. Om dit toch te kunnen duiden, riep een nieuw onderzoeksteam de hulp in van maar liefst twaalf verschillende geavanceerde grond- en ruimtetelescopen. Zo waren onder andere ESO’s Very Large Telescope (VLT) en New Technology Telescope (NTT) betrokken, die zichtbaar en nabij-infrarood licht detecteren, evenals de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Alle telescopen registreerden in juni 2021 gedurende twee nachten meer dan 280 omschakelingen tussen de hoge en lage modus.
Verklaring
Na analyse van de verzamelde gegevens, denkt het team het vreemde gedrag van J1023 nu toch te kunnen verklaren. “We hebben ontdekt dat de modus-omschakeling voortkomt uit een ingewikkeld samenspel tussen de pulsarwind – een stroom van energierijke deeltjes die van de pulsar wegwaait – en materie die naar de pulsar toe stroomt,” legt onderzoeker Coti Zelati uit.
Materie
Dat zit zo. In de lage modus wordt de materie die naar de pulsar toestroomt, uitgestoten in een smalle bundel die loodrecht op de eerder genoemde schijf staat. Geleidelijk hoopt deze materie zich steeds dichter bij de pulsar op. Vervolgens komt het in botsing met de wind die van de pulserende ster wegwaait, waardoor de materie heet wordt. Het systeem schakelt dan naar de hoge modus en is een heldere bron van röntgenstraling, ultraviolet-straling en zichtbaar licht. Uiteindelijk worden de klodders hete materie door de rondzwiepende bundel van de pulsar weggeblazen. Met minder hete materie in de schijf gloeit het stersysteem minder fel en schakelt terug naar de lage modus.
Deze animatie laat zien hoe J1023 gas ‘steelt’ van zijn begeleidende ster. Dit gas hoopt zich op in een schijf rond de pulsar, valt langzaam naar deze toe en wordt uiteindelijk als een smalle bundel uitgestoten. Daarnaast waait er een wind van deeltjes weg van de pulsar, hier voorgesteld door een wolk van heel kleine puntjes. Deze wind botst met het invallende gas en verhit het, waardoor het stersysteem een heldere bron van röntgenstraling en ultraviolet- en zichtbaar licht wordt. Uiteindelijk worden klodders van dit hete gas door de bundel verdreven en keert de pulsar terug naar de oorspronkelijke, zwakkere toestand, waarna de cyclus zich herhaalt. Waarnemingen hebben laten zien dat deze pulsar om de paar seconden of minuten tussen deze beide toestanden schakelt.
Uitstoten
Kortom, de opmerkelijke omschakelingen van J1023 zijn dus het gevolg van plotselinge kortstondige uitstoten van materie. “We zijn getuige geweest van uitzonderlijke kosmische verschijnselen waarbij enorme hoeveelheden materie, vergelijkbaar met kosmische kanonskogels, binnen een zeer korte tijdspanne van tientallen seconden de ruimte in worden gelanceerd door een klein, compact hemellichaam dat met ongelooflijk hoge snelheden ronddraait,” aldus onderzoeker Maria Cristina Baglio.
De studie bewijst wederom dat de uitdrukking ‘twee weten meer dan één’ – of dit in geval twaalf – helemaal klopt. Want dankzij de hulp van een dozijn telescopen hebben astronomen het vreemde gedrag van J1023 toch kunnen verklaren. Ondanks dat het mysterie is ontrafeld, houden de onderzoekers hun telescopen op het unieke stersysteem gericht. Met name ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die momenteel in Chili wordt gebouwd, zal meer inzicht kunnen verschaffen in de omschakelingen van J1023. “Met de ELT kunnen we meer te weten komen over hoe de dichtheid, verdeling, dynamica en energiebalans van de instromende materie rond de pulsar door de modus-schakelingen worden beïnvloed,” besluit onderzoeker Sergio Campana.
