Universiteit Leiden

nl en

Nieuwe fysica ontdekken in extreme heldere neutronensterren

Astronoom Alexander Mushtukov, momenteel werkzaam bij de Universiteit van Amsterdam, ontvangt een Veni grant van 250.000 euro die hij in Leiden gaat besteden. Onder supervisie van Simon Portegies Zwart zal Mushtukov geavanceerde stimulaties gebruiken om de onbekende fysica in extreem heldere neutronensterren te begrijpen.

Restanten van supernova explosies

Neutronensterren zijn extreem compacte overblijfselen van supernova-explosies. Hun massa’s zijn vergelijkbaar met de massa van de zon, terwijl hun straal slechts 10 kilometer is (de zon heeft een straal van ± 700.000 km). Kort geleden is ontdekt dat neutronensterren extreem helder kunnen zijn. Deze stralende neutronensterren zijn één van de drijvende krachten achter zogeheten Ultralichte röntgenbronnen (Ultraluminous X-ray sources; ULXs) – die ook zwarte gaten kunnen zijn. Het zijn deze ULXs die de interesse van Mushtukov hebben gewekt. Maar wat maakt ze zo interessant?
 

De sterkste magneten die er zijn

Neutronensterren zijn de sterkste magneten in ons universum. Hun magnetische velden zijn tot een miljoen keer sterker dan het sterkste magnetische veld dat wetenschappers in laboratoria hier op aarde kunnen produceren. Met dergelijke extreem krachtige magnetische velden zijn de standaardregels van de natuur- en scheikunde niet meer van toepassing. Dus, hoe gedragen deeltjes zich onder deze extreme omstandigheden? En, hoe is het mogelijk dat deze neutronensterren zo extreem helder zijn? Mushtukov zal proberen deze vragen te beantwoorden door gegevens uit observaties te vergelijken met geavanceerde stimulaties.

Geen zwart gat

Theoretisch kunnen neutronensterren niet helderder zijn dan een bepaalde waarde. Maar vier jaar geleden ontdekten astronomen dat sommige ULX’s – waarvan men dacht dat het zwarte gaten waren – feitelijk neutronensterren waren. ‘Deze extreem heldere neutronensterren hebben een metgezel, en vormen dus een binair systeem’, zegt Mushtukov. ‘In deze gevallen kunnen neutronensterren materiaal van hun metgezel aantrekken en opnemen. Dit proces resulteert vaak in het uitstralen van röntgenstralen, die we kunnen detecteren met röntgenwaarnemingsstations die onze planeet omcirkelen in de ruimte. Ik heb een hypothese opgesteld die verklaart hoe deze neutronensterren zo extreem helder kunnen zijn, en het sterke magnetische veld is een belangrijk ingrediënt in mijn model. Ik ga dit idee met de computer modelleren en dan ons model vergelijken met echte waarnemingen van neutronensterren.

Supercomputer

Mushtukov schreef zijn onderzoeksvoorstel samen met Simos Portegies Zwart, een internationale expert op dit gebied. ‘De berekeningen die ik in dit onderzoek ga gebruiken, zijn te ingewikkeld voor normale computers. Dus ik heb een supercomputer nodig. Simon Portegies Zwart kan me hiermee helpen. Hier, aan de Universiteit van Leiden, leidt Simon een sterk team dat zich richt op geavanceerde computationele astrofysica. Dat is de expertise die ik nodig heb voor dit onderzoek.’

Het universum begrijpen

We verwachten het meest gedetailleerde model te bouwen van sterk gemagnetiseerde neutronensterren onder extreme omstandigheden', zegt Mushtukov. 'Met dit model hopen we de aard en oorsprong van de helderste neutronensterren in het universum te ontrafelen. Onze modellen en oplossingen kunnen baanbrekend zijn voor het begrijpen van de fysica van straling en materie-interactie onder omstandigheden van extreme magnetische velden en temperaturen. Met een succesvol model kunnen we aantrekkende neutronensterren onderscheiden van zwarte gaten.

Dit zal ook helpen bij het bepalen van de populatie van aantrekkende neutronensterren bij ULXs, wat relevant is voor het begrijpen van de evolutie van massieve sterren. Bovendien zal ons onderzoek ons ​​in staat stellen een uitdagend en al lang bestaand probleem van fundamentele fysica te onderzoeken: de juistheid van quantum electrodynamica in extreem hoge magnetische velden, waarvan de theorie tot nu toe nog niet is geverifieerd.'

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie