Astronomen hebben een bijzonder object ontdekt in de Melkweg. Ze weten niet of het een uitzonderlijk lichtgewicht zwart gat is of een bijzonder zware neutronenster.
Compacte objecten, met extreem hoge dichtheden, heb je in de sterrenkunde in twee smaken: neutronensterren en zwarte gaten. Beide ontstaan als de kern van een superzware ster aan het eind van zijn leven ineenstort. Neutronensterren hebben een diameter van ongeveer 20 kilometer en bestaat bijna volledig uit de ongeladen kerndeeltjes neutronen. Zwarte gaten zijn nog compacter, zodat zelfs licht niet kan ontsnappen uit hun zwaartekracht.
Astrofysici denken dat neutronensterren niet veel zwaarder kunnen zijn dan ongeveer 2,2 keer de massa van de zon. En de lichtste zwarte gaten die kunnen ontstaan als een ster ineenstort zijn ongeveer vijf zonsmassa’s. Daartussen gaapt een massakloof. Er zijn nauwelijks compacte objecten met die massa bekend, en het is ook nog onduidelijk wat het zijn en hoe ze ontstaan.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Een internationale groep sterrenkundigen heeft nu in de Melkweg een object ontdekt dat in deze massakloof valt. Het is zwaarder is dan de zwaarste neutronensterren en lichter dan de lichtste zwarte gaten.
Kosmische vuurtoren
Het object bevindt zich op ongeveer 40 duizend lichtjaar afstand in de bolvormige sterrenhoop NGC 1851 en is ontdekt met de MeerKAT-radiotelescoop in Zuid-Afrika. Ze kwamen het lichtzwakke object op het spoor doordat het om een radiopulsar heen draait. Dit is snel roterende neutronenster die radiostraling uitzendt vanaf de polen. Het is een soort kosmische vuurtoren waarvan telescopen regelmatige radiopulsen ontvangen als de bundel langs de aarde zwiept.
Uit MeerKAT-waarnemingen aan de radiopulsen konden de sterrenkundigen de totale massa van de pulsar en het object samen bepalen. Daaruit leidden ze vervolgens af dat het object een massa heeft tussen de 2,09 en 2,71 zonsmassa. Daarmee komt hij uit aan de lichte kant van de massakloof.
‘We zochten naar pulsar-dubbelstersystemen met twee neutronensterren, omdat die interessant zijn om bijvoorbeeld zwaartekrachttheorieën mee te testen’, vertelt astronoom Ewan Barr van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Duitsland. ‘Maar wat we vonden was nog veel interessanter.’
Neutronenster botsing
Barr en zijn collega’s hebben wel een vermoeden hoe dit object ontstaan kan zijn. Bolvormige sterhopen zijn drukke omgevingen waar veel sterren dicht op elkaar zitten, en regelmatig met elkaar botsen. Dit object zou ontstaan kunnen zijn uit de botsing tussen twee neutronensterren. Het heersende idee is dat hierbij een zwart gat ontstaat, maar zeker is dat niet.
Het is niet de eerste keer dat er een object is waargenomen dat binnen de massakloof valt. De zwaartekrachtgolfdetectoren LIGO en Virgo hebben er ook een paar gezien. Deze detectoren meten de zwaartekrachtgolven die ontstaan als twee compacte objecten, zoals neutronensterren of zwarte gaten, botsen en samensmelten. In een paar gevallen had een van de samensmeltende objecten, of juist het restant dat overbleef na het samensmelten van neutronensterren, een vergelijkbare massa.
Of dat neutronensterren of zwarte gaten waren, is ook nog onbekend. Dat is ook lastig te achterhalen, omdat de zwaartekrachtsgolven van zulke botsingen maar een paar seconden duren. ‘Het mooie van onze nieuwe ontdekking is dat dit object en de radiopulsar nog miljarden jaren om elkaar heen blijven draaien’, zegt Barr. ‘Dat betekent dat we het systeem eindeloos kunnen blijven onderzoeken.’
Gokken
Toekomstige metingen zouden kunnen de massa nauwkeuriger kunnen bepalen, en hopelijk uitwijzen of het gaat om een superzware neutronenster of een zwart gat gaat, vertelt astronoom Arunima Dutta, eveneens van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie. ‘Als we radiopulsen opvangen van het object, dan weten we bijvoorbeeld dat het ook een radiopulsar is, en dus een neutronenster’, vertelt ze.
Als het een zwart gat is dat ontstaan is door het samensmelten van twee neutronensterren, dan zal het razendsnel om zijn as draaien. Het is dan immers gevormd uit twee neutronensterren die eerst op een afstand om elkaar heen draaiden. Dat levert iets compacts op dat sneller draait, net zoals een kunstschaatser sneller gaat draaien als die zijn of haar armen intrekt. Die snelle rotatie heeft een effect op de ruimtetijd rondom het zwarte gat, en daardoor op de manier waarop de radiopulsar om het object draait. ‘Als we dat effect waarnemen, dan is het waarschijnlijk een zwart gat’, zegt Dutta.
Wat denken de sterrenkundigen zelf dat het is? ‘Als we zouden moeten gokken, dan zetten we in op een zwart gat’, zegt Barr. Dutta knikt instemmend.
