neutronensterren zijn de sterren die achterblijven wanneer een massieve ster een supernova wordt. Ze zijn onvoorstelbaar dicht: een eetlepel neutronenster geplaatst op het oppervlak van de aarde zou ongeveer evenveel wegen als de Mount Everest (terwijl een eetlepel van de zon zo weinig zou wegen als ongeveer 5 pond).

en hoewel het massabereik van neutronensterren in de loop der jaren relatief goed is beperkt, is het moeilijker om precies vast te stellen hoe breed ze zijn. De meeste astronomen denken echter dat massa is verpakt in een bol ongeveer zo groot als een stad.

nu heeft een nieuwe studie gravitatiegolfmetingen gecombineerd met andere technieken om de beste beperkingen op hun grootte te leggen. De schatting suggereert dat een typische neutronenster ongeveer 13,7 mijl doorsnede heeft. Die grootte heeft interessante implicaties voor wat er gebeurt als ze te dicht bij een van de meest mysterieuze objecten van de kosmos komen: zwarte gaten. De nieuwe grootteresultaten geven aan dat een zwart gat in veel omstandigheden een neutronenster in zijn geheel kan opslokken — waardoor er weinig bewijs overblijft dat astronomen op aarde met conventionele telescopen kunnen ontdekken.

hoe neutronensterren ontstaan

massieve sterren exploderen wanneer ze hun gassen voor kernfusie uitlaten. Als een gewelddadige uitbarsting van materiaal in alle richtingen uitbarst, condenseert wat achterblijft tot een neutronenster. Als een ster massief genoeg is, kan het restant verder condenseren tot een zwart gat.

maar Solitaire sterren zoals onze zon zijn in de minderheid in ons universum. De meeste sterren bestaan in meerdere systemen. En als twee grote sterren naast elkaar evolueren, kunnen deze buitenaardse zonnestelsels eindigen met twee neutronensterren, twee zwarte gaten, of één van elk. In de afgelopen jaren zijn astronomen begonnen met het detecteren van deze systemen dankzij de gravitatiegolven die worden uitgestoten als ze doodspiraal in elkaar slaan. Zo hebben astronomen onlangs de grootte van een neutronenster uiterst nauwkeurig gemeten. in 2017 pikten de laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) in de VS en de Virgo detector in Italië een gravitational-wave signaal op dat impliceerde dat twee neutronensterren op ongeveer 120 miljoen lichtjaar afstand waren gebotst. Kort daarna zagen traditionele observatoria de botsing in elektromagnetische golflengten. Die detecties brachten ongekende inzichten in de massa en de draaiing van de objecten.

Neutronenstergrootte

een team onder leiding van onderzoekers aan het Albert Einstein Institute (AEI) in Duitsland nam deze waarnemingen en combineerde ze met modellen van hoe subatomaire deeltjes zich gedragen in de extreem dichte omstandigheden binnen neutronensterren. Hoewel het onmogelijk is om zulke omstandigheden te reconstrueren in laboratoria op aarde, toonden de natuurkundigen aan dat ze bestaande theorie konden gebruiken om hun berekeningen te extrapoleren van de kleinste schalen naar wat er gebeurt in verre neutronensterren.

hun resultaten suggereren dat neutronensterren tussen 13 en 15 mijl doorsnede moeten hebben. En een typische neutronenster zou ongeveer 13,7 mijl breed moeten zijn. De schattingen leggen strengere beperkingen op aan de grootte van neutronenster dan eerdere studies. “neutronensterren bevatten de dichtste materie in het waarneembare universum”, zei AEI-onderzoeker en studieauteur Collin Capano in een media-uitgave. “In feite zijn ze zo dicht en compact dat je de hele ster kunt zien als een enkele atoomkern, opgeschaald tot de grootte van een stad. Door de eigenschappen van deze objecten te meten, leren we over de fundamentele fysica die materie regelt op subatomair niveau.”

opgeslokt door een zwart gat

deze kleine diameter is zo klein dat een neutronenster die samen met een zwart gat cirkelt zelfs volledig kan worden ingeslikt als het te dichtbij komt. Astronomen hebben gretig gekeken naar botsingen met een neutronenster in een zwart gat. Ze verwachtten dat deze fusie sterke elektromagnetische straling zou uitzenden – het soort licht dat zichtbaar is door typische observatoria terug op aarde.

echter, als de neutronenster niet wordt versnipperd wanneer de twee samensmelten, dan zou er geen licht worden uitgezonden dat aardse telescopen konden detecteren, volgens de nieuwe studie. Tegelijkertijd zouden gravitatiegolfdetectoren waarschijnlijk ook niet in staat zijn om het verschil te zien tussen het samenvoegen van zwarte gaten en een gemengde fusie.

“We hebben aangetoond dat in bijna alle gevallen de neutronenster niet door het zwarte gat zal worden verscheurd en in zijn geheel zal worden opgeslokt”, aldus Capano. “Alleen wanneer het zwarte gat erg klein is of snel ronddraait, kan het de neutronenster verstoren voordat het doorslikt; en alleen dan kunnen we iets anders verwachten dan gravitatiegolven.”

astronomen hoeven niet te lang te wachten om uit te vinden of dit idee juist is. De zwaartekrachtdetectoren van de wereld zullen de komende jaren steeds krachtiger worden. Als neutronenster-zwart gat botsingen zeldzamer blijken dan verwacht, dan weten ze tenminste waarom. de resultaten werden gepubliceerd op 9 Maart in het tijdschrift Nature Astronomy.