ENGINEERINGNET.BE - In traditionele modellen van een neutronenster, een ster met ongeveer 1,4 maal de massa van de zon, verwachten natuurkundigen dat de binnenkern vooral gevuld is met neutronen.
De lagere dichtheid zorgt ervoor dat de neutronen ver genoeg uit elkaar blijven om intact te blijven, en deze innerlijke stijfheid resulteert in een grotere ster.
In zwaardere neutronensterren, zoals Pulsar PSR J0740+6620 (J0740) met een massa van 2,1 keer de zon, is de dichtheid van de binnenkern veel hoger, waardoor de neutronen dichter op elkaar worden gedrukt. Het is onduidelijk of neutronen onder deze omstandigheden intact blijven of dat ze in quarks uiteenvallen.
Pulsars hebben hete plekken op hun oppervlak die heldere röntgenstraling uitzenden. Als de pulsar roteert, draaien de vlekken in en uit het zicht en produceren zo regelmatige variaties in de röntgenhelderheid.
Pulsars zijn ook zo dicht dat hun zwaartekracht de nabije ruimtetijd kromt. Die vervorming is zo sterk dat licht van de verre kant van de ster is om te leiden, zodat de pulsar groter lijkt dan hij in werkelijkheid is.
Dit effect kan zo intens zijn dat het voorkomt dat de vlekken volledig verdwijnen terwijl ze rond de pulsar draaien. De NICER-röntgentelescoop van NASA op het ruimtestation ISS gebruikt deze effecten om de massa en de doorsnee van de ster precies te meten.
Astronomen van de Universiteit van Amsterdam en de Amerikaanse Universiteit van Maryland hebben diverse benaderingen gebruikt om de grootte van J0740 te bepalen.
Ook hebben beide groepen röntgenwaarnemingen met ESA’s XMM Newton-satelliet gedaan, die nuttig waren bij het corrigeren voor achtergrondruis. De twee teams schatten dat JO740 ongeveer 25-27 km in doorsnee is.
In 2019 gebruikten de twee teams NICER-data om de grootte en massa te schatten voor PSR J0030+0451, een pulsar op ongeveer 1100 lichtjaar afstand. Ze ontdekten dat hij circa 1,4 keer zo zwaar is als de zon en een doorsnede heeft van 25-27 km.
"Onze nieuwe metingen van J0740 laten zien dat hij, hoewel hij bijna 50% zwaarder is dan J0030, in wezen even groot is," zegt Anna Watts (UvA). "Dat sluit enkele modellen voor neutronensterkernen uit, waaronder die waarin het inwendige een zee van quarks is."
"J0740's grootte en massa vormen ook een probleem voor modellen waarin de kern alleen neutronen en protonen bevat." De Amsterdamse promovendus Geert Raaijmakers kijkt nu naar de consequenties voor dichte materie, waarbij hij de nieuwe NICER-resultaten combineert met data van zwaartekrachtgolfdetectoren en laboratoriumdata.
Recente theoretische modellen stellen alternatieven voor, zoals binnenkernen die een mix van neutronen, protonen en exotische materie van quarks of nieuwe combinaties van quarks bevatten. "Alle mogelijkheden zullen opnieuw moeten worden geëvalueerd in de context van deze informatie van NICER,” aldus Watts.
