Pulsar

Pulsars zijn neutronensterren die snel ronddraaien en langs een smalle straal enorme elektromagnetische straling produceren. Neutronensterren zijn zeer dicht, en hebben korte, regelmatige rotaties. Hierdoor ontstaat een zeer precies interval tussen de pulsen, dat voor een individuele pulsar varieert van ruwweg milliseconden tot seconden. De puls is alleen te zien als de aarde dicht genoeg bij de richting van de straal staat. Net zoals je een vuurtoren alleen kunt zien als de straal in jouw richting schijnt.

De pulsen komen overeen met de draaiing van de ster. Het draaien veroorzaakt een vuurtoreneffect, omdat de straling slechts met korte tussenpozen te zien is. Werner Becker van het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica zei onlangs,

Samengesteld optisch/röntgenbeeld van de Krabnevel. Het toont de energie uit de omringende nevel, die wordt veroorzaakt door de magnetische velden en de deeltjes van de centrale pulsar.

De Vela Pulsar, een neutronenster die de overblijfselen zijn van een ster die overgebleven is van een supernova (een grote explosie van een ster). Hij vliegt door de ruimte, voortgestuwd door materie die uit een van de punten wordt geworpen waar de neutronenster draait.

Ontdekking

De eerste pulsar werd ontdekt in 1967. Hij werd ontdekt door Jocelyn Bell Burnell en Antony Hewish. Zij werkten aan de Universiteit van Cambridge. De waargenomen emissie had pulsen die 1,33 seconden van elkaar verwijderd waren. De pulsen kwamen allemaal van dezelfde plaats aan de hemel. De bron hield zich aan de sterrentijd. Aanvankelijk begreep men niet waarom pulsars een regelmatige verandering in de sterkte van de straling hebben. Het woord pulsar is een afkorting voor "pulserende ster".

Deze oorspronkelijke pulsar, die nu CP 1919 wordt genoemd, produceert radiogolflengten, maar later is ontdekt dat pulsars straling produceren in de röntgen- en/of gammastraalgolflengten.

Nobelprijzen

In 1974 werd Antony Hewish de eerste astronoom aan wie de Nobelprijs voor natuurkunde werd toegekend. Er ontstond onenigheid omdat hij de prijs kreeg en Bell niet. Zij had de eerste ontdekking gedaan terwijl zij zijn doctorandus was. Bell zegt niet verbitterd te zijn over dit punt en steunt de beslissing van het Nobelprijscomité. "Sommige mensen noemen het de No-Bell prijs omdat ze zo sterk vinden dat Jocelyn Bell Burnell in de prijs had moeten delen".

In 1974 ontdekten Joseph Hooton Taylor Jr. en Russell Hulse voor het eerst een pulsar in een binair systeem. Deze pulsar draait om een andere neutronenster met een omlooptijd van slechts acht uur. Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelt dat dit systeem sterke zwaartekrachtstraling zou moeten uitzenden, waardoor de baan voortdurend zou inkrimpen naarmate hij baanenergie verliest. Waarnemingen van de pulsar bevestigden al snel deze voorspelling en leverden het allereerste bewijs voor het bestaan van gravitatiegolven. Sinds 2010 zijn de waarnemingen van deze pulsar nog steeds in overeenstemming met de algemene relativiteit. In 1993 werd de Nobelprijs voor natuurkunde toegekend aan Taylor en Hulse voor de ontdekking van deze pulsar.

Jocelyn Bell Burnell's grafiek

Soorten pulsars

Astronomen weten dat er drie verschillende soorten pulsars zijn:

Rotatie-aangedreven pulsars, waarbij de straling wordt veroorzaakt door het verlies van rotatie-energie; de straling wordt veroorzaakt doordat de neutronenster langzamer gaat draaien
Accretie-aangedreven pulsars (dit zijn de meeste maar niet alle röntgenpulsars), waarbij de gravitationele potentiële energie van materie die op de pulsar valt röntgenstraling veroorzaakt die vanaf de Aarde kan worden ontvangen, en
Magnetars, waar een extreem sterk magnetisch veld energie verliest, wat de straling veroorzaakt.

Hoewel alle drie de soorten objecten neutronensterren zijn, zijn de dingen die men ze kan zien doen en de natuurkunde die dit veroorzaakt zeer verschillend. Maar er zijn enkele dingen die vergelijkbaar zijn. Zo zijn röntgenpulsars waarschijnlijk oude pulsars met rotatievermogen die het grootste deel van hun energie al verloren hebben, en pas weer te zien zijn nadat hun binaire metgezellen uitdijden en materie van hen op de neutronenster is gaan vallen. Het proces van accretie (materie die op de neutronenster valt) kan op zijn beurt genoeg impulsenergie aan de neutronenster geven om hem te veranderen in een rotatie-aangedreven milliseconde pulsar.

Gebruikt

Nauwkeurige klok Bij sommige millisecondepulsars is de regelmaat van de pulsatie nauwkeuriger dan bij een atoomklok. Dankzij deze stabiliteit kunnen milliseconde-pulsars worden gebruikt om efemeridetijd vast te stellen of om pulsarklokken te bouwen.

Timingruis is de naam voor onregelmatigheden in de rotatie die bij alle pulsars worden waargenomen. Deze timingruis is waarneembaar als willekeurige afwijkingen in de pulsfrequentie of -fase. Het is onbekend of timing-ruis verband houdt met pulsar-glitches.

Andere toepassingen

De studie van pulsars heeft geleid tot vele toepassingen in de fysica en de astronomie. Belangrijke voorbeelden zijn het bewijs van gravitatiestraling zoals voorspeld door de algemene relativiteit en het eerste bewijs van exoplaneten. In de jaren tachtig hebben astronomen pulsarstraling gemeten om aan te tonen dat het Noord-Amerikaanse en het Europese continent van elkaar wegdrijven. Deze beweging is het bewijs van plaattektoniek.

Belangrijke pulsars

De magnetar SGR 1806-20 produceerde de grootste energie-uitbarsting in het Melkwegstelsel ooit gezien tijdens een experiment op 27 december 2004
PSR B1931+24 "... ziet er ongeveer een week uit als een normale pulsar en schakelt dan ongeveer een maand 'uit' voordat hij weer pulsen produceert. [...] deze pulsar vertraagt sneller wanneer hij aan staat dan wanneer hij uit staat. [...] de manier waarop hij vertraagt moet te maken hebben met de radio-energie en de dingen die deze veroorzaken, en de extra vertraging kan worden verklaard door een wind van deeltjes die het magnetisch veld van de pulsar verlaten en de snelheid waarmee hij draait vertragen. [2]
PSR J1748-2446ad, met een frequentie van 716 Hz (het aantal omwentelingen per seconde), is de snelst draaiende pulsar die bekend is.

Andere bronnen

Lorimer D.R. & M. Kramer 2004. Handbook of pulsar astronomy. Cambridge Observing Handbooks for Research Astronomers.