Sterrenkundigen hebben voor het eerst precies kunnen bepalen hoe zwaar neutronensterren zijn op het moment dat ze ontstaan.
Wetenschappers uit China en Australië hebben een jarenlang astronomisch mysterie opgelost. Door waarnemingen van 90 verschillende neutronensterren onder de loep te nemen konden ze de oorspronkelijke massaverdeling bepalen, ondanks het feit dat veel van deze objecten in de loop der tijd zwaarder zijn geworden.
Wat is een neutronenster?
Maar wat zijn neutronensterren eigenlijk? Stel je een ster voor die minstens acht keer zwaarder is dan onze zon. Wanneer zo’n kolos aan het eind van zijn leven komt, explodeert hij in een spectaculaire supernova. Wat overblijft is een onvoorstelbaar compact samengeperste bal materie: een neutronenster. Hierin zit meer massa dan in onze zon, samengedrukt tot een doorsnede van slechts 20 kilometer, ongeveer de afstand van centrum Den Haag naar centrum Rotterdam. In die minieme ruimte is de materie zo dicht opeengepakt dat de atomen worden vermorzeld, en de elektronen en protonen samensmelten tot neutronen. Daardoor bestaat een neutronenster vrijwel volledig uit neutronen, vandaar ook de naam.
Retroactief bepalen is moeilijk
Het bepalen van het precieze geboortegewicht van deze kosmische zwaargewichten was tot nu toe problematisch. De onderzoekers stonden voor een uitdaging vergelijkbaar met het achterhalen van iemands geboortegewicht nadat diegene jarenlang heeft kunnen groeien. Neutronensterren in dubbelstersystemen ‘snoepen’ namelijk materie van hun begeleidende ster, waardoor ze zwaarder worden dan bij hun ontstaan. Dit proces, accretie genoemd, zorgt ervoor dat hun oorspronkelijke massa wordt verhuld door de extra materie die ze in de loop der tijd verzamelen.
Zeer specifiek patroon
Het team ontwikkelde een nieuwe statistische methode om dit effect te corrigeren. De resultaten, gepubliceerd in het vakblad Nature Astronomy, tonen aan dat de massaverdeling van pasgeboren neutronensterren een specifiek patroon volgt. Ze komen ter wereld met minimaal 1,1 zonsmassa, met een piek rond 1,27 zonsmassa, waarna de waarschijnlijkheid van zwaardere exemplaren zeer snel afneemt volgens een machtsfunctie.
Verschil met het oude model
Dit nieuwe patroon verschilt flink van wat wetenschappers eerder dachten. Voorheen gingen ze ervan uit dat er twee typische gewichten waren waarin neutronensterren vaak geboren worden, alsof er twee veelvoorkomende maten waren. Nu blijkt er vooral één piek te zijn, rond 1,27 keer de massa van onze zon. De onderzoekers denken dat dit verband houdt met hoe zwaar de oorspronkelijke sterren waren voordat ze in neutronensterren veranderden. Zwaardere sterren zouden vaker een ander lot ondergaan. Uit de resultaten blijkt namelijk dat extreem zware sterren, met meer dan ongeveer 18 keer de massa van onze zon, waarschijnlijk geen neutronensterren vormen als ze sterven. In plaats daarvan storten deze sterren vermoedelijk direct in tot een zwart gat, zonder dat er een neutronenster ontstaat.
Natuurlijke ondergrens
Nu wetenschappers weten wat de ‘normale’ geboortemassa van een neutronenster is, kunnen ze beter bepalen welke exemplaren afwijkend zijn en mogelijk andere ontstaansgeschiedenissen hebben. Het onderzoek bevestigt ook dat er een natuurlijke grens bestaat aan hoe licht een neutronenster kan zijn bij ontstaan, net als hoe menselijke baby’s zelden onder een bepaald minimumgewicht geboren worden. Voor neutronensterren ligt die grens op ongeveer 1,1 keer de massa van onze zon.
