Pionen in vroege heelal mogelijk gepromoveerd tot sterren

Astrofysici hebben een nieuw type ster bedacht: de pionenster. Deze kosmische excentriekeling bestaat volledig uit subatomaire deeltjes genaamd pionen, die vlak na de oerknal tot sterren zouden zijn samengeklonterd. 

Pionen zijn niet al te zware deeltjes die uit slechts twee quarks bestaan. Hiermee onderscheiden ze zich van bekendere materiedeeltjes zoals protonen en neutronen, die stuk voor stuk drie quarks bevatten. Een tienduizendste van een seconde na de oerknal was het heelal doordrenkt met een oersoep van pionen. Deze soep was verder gevuld met andere deeltjes zoals elektronen, muonen en neutrino’s.

Als pionensterren bestaan, lijken ze verdacht veel op normale sterren. Beeld: ESO/G. Beccari

Gewoonlijk vervallen pionen binnen een paar honderd miljoensten van een seconde. Astrofysici van de Goethe-universiteit in Frankfurt hebben nu echter de hypothese opgesteld dat grote hoeveelheden positief geladen pionen vlak na de oerknal zijn samengeklonterd. Samen vormden ze sterachtige bollen van een ongewone materietoestand, een zogeheten Bose-Einstein-condensaat.

Tokkelen

Op deze manier gebundeld zouden de pionen dan allemaal op elkaar zijn gaan inwerken. Daardoor gingen ze zich samen gedragen als één deeltje. De trillingen van het Bose-Einstein-condensaat zouden lijken op die van een vioolsnaar, stelt fysicus Mark Alford van de Washington University in St Louis in de VS, niet betrokken bij de nieuwe theorie. ‘De mogelijke manieren waarop het object kan tokkelen, staan niet toe dat het zodanig tokkelt dat het begint te vervallen’, zegt hij. Met andere woorden: een pionenster kan intact blijven.

exoplaneten-joris-janssen
LEESTIP: In het derde deel van de serie Pocket Science neemt Joris Janssen je mee langs de bijzonderste exoplaneten in het heelal. €10. Bestel in onze webshop!

De berekeningen van de fysici wijzen uit dat pionensterren ongeveer 250 keer zo zwaar zouden zijn als de zon, en ongeveer half zo groot als Jupiter. Dat is veel groter en zwaarder dan andere supercompacte objecten zoals witte dwergen en neutronensterren.

Wegdampen

Het is nog onduidelijk of astronomen dergelijke eigenaardigheden uit de verre vroege kosmos kunnen waarnemen. Wellicht is zwaartekrachtsgolfdetector LIGO in de VS hiertoe in staat. Deze detector zou de zwaartekrachtsgolven kunnen opmerken die opgewekt worden door twee enorme pionensterren, wanneer die vlak voordat ze op elkaar botsen in een woeste kosmische dans om elkaar heen draaien. Op dezelfde manier ving LIGO in oktober een signaal van twee samensmeltende neutronensterren.

Ook conventionele telescopen kunnen misschien wel pionensterren opmerken. In zo’n ster zouden de buitenste pionen slechts zwakjes aan de rest van het Bose-Einstein-condensaat gebonden zijn. Daardoor zouden ze voortdurend wegdampen, suggereren de fysici. Als dat klopt, zouden de meeste pionenbollen na ongeveer een miljoen jaar tot niets verdampt zijn. Sommige kunnen echter de tand des tijds hebben doorstaan en in het huidige heelal verschijnen als warme, kenmerkloze, zware sterren.

Gek idee

De melodie van de natuur - Ivo van Vulpen
LEESTIP: In ‘De melodie van de natuur’ vertelt Ivo van Vulpen alles over pionen en andere elementaire deeltjes. € 21,99. Bestel in onze webshop. De eerste 50 exemplaren zijn gesigneerd!

Voor andere astrofysici zijn onze kansen om pionensterren waar te nemen veel te klein om het idee serieus te nemen. ‘Ze noemen het ‘denkbaar’ dat pionensterren kunnen ontstaan’, zegt Andrew Steiner van de University of Tennessee in de VS. ‘Zoiets zeg ik ook altijd als ik eigenlijk wil zeggen: ‘Dit is een gek idee en ik zou niet weten of het echt werkt.’’

Op aarde kunnen we Bose-Einstein-condensaten enkel maken door materiaal tot extreem lage temperaturen af te koelen. In het bloedhete vroege heelal zouden pionen volgens de fysici alleen een condensaat kunnen vormen als het standaardmodel van de oerknal een beetje wordt aangepast. Er zijn dan meer positief of negatief geladen pionen nodig dan gewoonlijk wordt aangenomen. ‘Ik moet zeggen dat het een heel speculatieve hypothese is’, zegt Alford. ‘Maar het is nog nooit door iemand geopperd, dus wel de moeite waard om te onderzoeken.’

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

 

Plaats een reactie