Bron: Science Daily | Methode: Herschreven
Origineel: “Astronomers watched a sleeping neutron star roar back to life”
Astronomers tracked a decade of dramatic changes in P13, a neutron star undergoing supercritical accretion. Its X-ray luminosity rose and fell by factors of hundreds while its rotation rate accelerated. These synchronized shifts suggest the accretion structure itself evolved over…
In een baanbrekende studie hebben astronomen van de Ehime Universiteit in Japan gedurende meer dan een decennium de spectaculaire transformatie van een neutronenster waargenomen. Het hemellichaam, bekend als NGC 7793 P13 (kortweg P13), doorliep dramatische veranderingen in helderheid en rotatiesnelheid die wetenschappers nieuwe inzichten geven in een van de meest extreme processen in het universum.
**Een kosmisch monster ontwaakt**
P13 bevindt zich in het sterrenstelsel NGC 7793, ongeveer 10 miljoen lichtjaar van de Aarde verwijderd. Deze neutronenster ondergaat een proces dat wetenschappers “superkritische accretie” noemen – waarbij buitengewone hoeveelheden gas op het compacte object vallen door de enorme zwaartekracht.
Wanneer gas op een compact object zoals een neutronenster of zwart gat valt, zendt het elektromagnetische straling uit. Hooggevoelige waarnemingen hebben objecten ontdekt met extreem hoge röntgenluminositeiten, en superkritische accretie wordt gezien als een mogelijke verklaring voor deze ultraluminositeit. Het mechanisme achter dit proces bleef echter grotendeels een mysterie.
**Tien jaar van dramatische veranderingen**
Het onderzoeksteam richtte zich specifiek op P13 omdat dit een zeldzaam voorbeeld is van een neutronenster die superkritische accretie ondergaat. Wanneer gas op een neutronenster valt, vormt het een kolomstructuur op de magnetische polen, een zogenaamde “accretiekolom”, waaruit intense röntgenstraling wordt uitgezonden. Deze straling pulseert coherent met de rotatie van de neutronenster, waardoor astronomen deze kunnen detecteren.
Uit eerdere studies was al bekend dat P13 roteert met een periode van 0,4 seconden en een constante versnellingssnelheid vertoont. Opmerkelijk was dat de helderheid van het object in ongeveer tien jaar tijd met meer dan twee ordes van grootte veranderde – een factor van meer dan honderd.
**Revolutionaire waarnemingen**
Het Japanse team onderzocht de lange-termijn evolutie van P13’s röntgenluminositeit en rotatieperiode van 2011 tot 2024. Hiervoor gebruikten zij archiefgegevens van verschillende geavanceerde ruimtetelescopen: XMM-Newton, Chandra, NuSTAR en NICER.
Hun bevindingen waren opmerkelijk. P13 bevond zich in 2021 in een zwakke fase, maar begon in 2022 opnieuw helderder te worden. Tegen 2024 bereikte het object een hoge luminositeit die meer dan twee ordes van grootte hoger lag dan in 2021 – een spectaculaire heropleving.
**Gesynchroniseerde veranderingen onthullen geheimen**
Nog fascinerender was wat er gebeurde met de rotatiesnelheid van de neutronenster. In de heroplevingsfase van 2022 nam de versnellingssnelheid van de rotatiesnelheid toe met een factor twee, en deze verhoogde snelheid bleef gehandhaafd tot 2024.
Deze gesynchroniseerde veranderingen in zowel helderheid als rotatiesnelheid suggereren een directe relatie tussen de röntgenluminositeit en de rotatiesnelheid. Cruciaal is dat beide parameters effectieve indicatoren zijn voor de hoeveelheid gas die wordt geaccreteerd, maar voor P13 was deze relatie voorheen niet vastgesteld.
**Nieuwe inzichten in kosmische architectuur**
Het onderzoeksteam voerde vervolgens gedetailleerde analyses uit van de pulsaties van P13. Hun resultaten suggereren dat de hoogte van de accretiekolom veranderde in samenhang met de tienjarige helderheidsmodulatie. Dit wijst erop dat de structuur van het accretiesysteem zelf evolueerde gedurende de waargenomen periode.
Deze bevinding is bijzonder significant omdat het suggereert dat het accretiesysteem fundamentele veranderingen doormaakte tijdens de zwakke fase van de neutronenster. De onderzoekers concluderen dat deze structurele evolutie een sleutelrol speelt in het begrijpen van hoe ultralumineuze röntgenbronnen zulke extreme energieën kunnen bereiken.
**Wetenschappelijke doorbraak**
De studie, geleid door Marina Yoshimoto en haar collega’s, werd gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters. Hun werk biedt zeldzame inzichten in hoe compacte objecten zich “volproppen” met materie tijdens superkritische accretie.
**Implicaties voor de astrofysica**
Deze ontdekkingen hebben belangrijke implicaties voor ons begrip van extreme astrofysische processen. Neutronensterren behoren tot de dichtstbevolkte objecten in het bekende universum, en het bestuderen van hun gedrag onder extreme omstandigheden helpt wetenschappers de fundamentele fysica van materie en energie beter te begrijpen.
De waarnemingen van P13 tonen aan dat de relatie tussen materietoevoer en energieuitstoot in deze extreme omgevingen complexer is dan voorheen gedacht. De gesynchroniseerde veranderingen in rotatie en helderheid onthullen dat de interne structuur van het accretiesysteem zelf kan evolueren over langere tijdsperioden.
De resultaten van dit onderzoek worden verwacht cruciale aanwijzingen te bieden voor het ontrafelen van het mechanisme achter superkritische accretie, een proces dat fundamenteel is voor ons begrip van de meest energetische verschijnselen in het universum.