Neutronensterren zijn misschien wel de meest extreme objecten die we kennen in het heelal. Ze zijn niet groter dan een stad, maar wegen meer dan onze zon. Dat klinkt bijna onmogelijk, maar het is pure wetenschap. Deze compacte overblijfselen van gigantische sterren vertellen ons veel over de grenzen van de natuurkunde. En hoe meer we erover leren, hoe vreemder en fascinerender ze blijken te zijn.
Hoe een neutronenster ontstaat
Elke ster heeft een levenscyclus. Grote sterren, veel zwaarder dan onze zon, verbranden op een bepaald moment al hun brandstof. Als dat gebeurt, houdt de kernfusie op. De buitenste lagen van de ster vallen dan met enorme kracht naar binnen. Dat veroorzaakt een gigantische explosie die we een supernova noemen. Wat er daarna overblijft in het midden van die explosie, is een compacte kern: een overblijfsel dat bestaat uit bijna alleen neutronen. Dat is de neutronenster. Alleen bij de allergrootste sterren gaat het anders: daar ontstaat een zwart gat in plaats van een neutronenster. De grens ligt ruwweg bij sterren die meer dan ongeveer twintig tot dertig keer zo zwaar zijn als onze zon.
Ongelooflijke eigenschappen van deze compacte sterren
Een theelepel materiaal van zo’n compacte ster weegt ongeveer een miljard ton. Dat geeft een idee van hoe dicht dit soort objecten zijn. De straal is gemiddeld zo’n tien kilometer, terwijl de massa groter is dan die van onze zon. De zwaartekracht aan het oppervlak is zo sterk, dat een vallend voorwerp binnen een fractie van een seconde snelheden bereikt die niet voor te stellen zijn. De temperatuur vlak na het ontstaan kan oplopen tot honderden miljarden graden Celsius. In de loop van miljoenen jaren koelen ze langzaam af, maar zelfs oude exemplaren zijn nog enorm heet vergeleken met gewone sterren. Veel van deze objecten draaien ook razendsnel om hun eigen as, soms honderden keren per seconde.
Pulsars: de vuurtorens van het heelal
Sommige van deze roterende sterren sturen bundels straling de ruimte in, vergelijkbaar met een vuurtoren die zijn lichtstraal rondzendt. Als zo’n bundel de aarde raakt bij elke omwenteling, meten we een regelmatig pulserend signaal. Astronomen noemen zulke objecten pulsars. De eerste pulsar werd ontdekt in 1967 door Jocelyn Bell Burnell. De regelmaat van het signaal was zo precies dat sommige wetenschappers eerst dachten dat het een kunstmatig signaal was van buitenaards leven. Pulsars zijn inmiddels zo nauwkeurig in hun timing dat ze worden gebruikt als een soort kosmische klokken. Ze helpen wetenschappers om gravitatiegolven te bestuderen en om de theorie van relativiteit van Einstein te testen.
Wat we leren van botsende neutronensterren
In 2017 registreerden wetenschappers voor het eerst de botsing van twee van deze compacte overblijfselen. Die botsing zond gravitatiegolven uit, rimpels in de ruimtetijd die op aarde werden gemeten door detectoren. Tegelijkertijd werd er licht waargenomen: een zogenaamde kilonova. Die waarneming was een doorbraak in de astronomie, omdat het de eerste keer was dat een kosmische gebeurtenis tegelijk met gravitatiegolven én met licht werd waargenomen. Bij zo’n botsing worden ook zware elementen gevormd, zoals goud en platina. Een groot deel van het goud dat we op aarde kennen, is waarschijnlijk ontstaan bij dit soort botsingen miljarden jaren geleden. Dat maakt het onderzoek naar deze sterobjecten ook relevant voor het begrijpen van de samenstelling van onze eigen planeet en alles wat erop zit.
Veelgestelde vragen
Wat is het verschil tussen een neutronenster en een zwart gat?
Een neutronenster en een zwart gat zijn allebei overblijfselen van zware sterren na een supernova, maar ze verschillen in massa. Een neutronenster heeft een vaste kern en een meetbaar oppervlak. Een zwart gat heeft een zo sterke zwaartekracht dat zelfs licht er niet aan kan ontsnappen en er geen oppervlak is. Hoe zwaarder de oorspronkelijke ster, hoe groter de kans dat er een zwart gat ontstaat in plaats van een neutronenster.
Kan een neutronenster ooit nog groter worden?
Een neutronenster kan inderdaad in massa toenemen, bijvoorbeeld als hij materie opzuigt van een nabijgelegen ster. Als de massa boven een bepaalde grens uitkomt, kan de neutronenster instorten en alsnog een zwart gat worden. Die grenswaarde heet de Tolman–Oppenheimer–Volkoff grens en ligt naar schatting tussen de twee en drie keer de massa van onze zon.
Zijn neutronensterren zichtbaar met een telescoop?
Neutronensterren zijn met gewone telescopen heel moeilijk te zien, omdat ze klein zijn en weinig zichtbaar licht uitsturen. Sommige zijn wel waarneembaar in röntgenstraling of via de radiopulsen die ze uitzenden. De bekendste neutronenster die met een optische telescoop is gezien, bevindt zich in de Krabnevel, het overblijfsel van een supernova die in 1054 werd waargenomen.
Hoe snel draaien neutronensterren om hun as?
Neutronensterren kunnen enorm snel roteren. De snelst bekende pulsar draait meer dan 700 keer per seconde om zijn eigen as. Die hoge rotatiesnelheid is een gevolg van het behoud van impulsmoment: toen de grote ster instortte tot een kleine compacte kern, nam de rotatiesnelheid sterk toe, net zoals een schaatsster sneller gaat draaien als ze haar armen intrekt.
