Pulsar

In november 1967 merkte de studente Jocelyn Bell, die in het kader van haar studie een radio-onderzoek deed onder leiding van prof.

A. Hewisch, dat een bepaalde radiobron een wel heel vreemd gedrag vertoonde. Zeer regelmatig ving de radio telescoop te Cambridge in Engeland, pulsen op van deze bron.

De periode was 1,33730 seconde en ze bleek zo constant te zijn dat men via het Doppler-effect de snelheid van de aarde om zijn as en in zijn baan rondom de zon ermee kon meten. We zouden deze pulsen kunnen gebruiken als een klok die een nauwkeurigheid heeft van één seconde in ruim drie jaar! Sindsdien zijn er al vele honderden van deze zogenaamde pulsars ontdekt. De naam pulsar is een Engelse afkorting van « pulsating radio source» (pulserende radiobron). Als we naar hun verdeling aan de hemel kijken zien we dat ze een duidelijke voorkeur vertonen voor het melkwegvlak. Dit betekent dat ze tot ons Melkwegstelsel moeten behoren.

Ongetwijfeld heeft men gedacht aan buitenaardse intelligentie bij het zoeken naar een verklaring voor dit wel heel op vallende verschijnsel. Er waren echter vele redenen om daar snel vanaf te stappen. Men heeft wel enige tijd gemeend dat pulsars in feite trillende witte dwergen zijn. De periode waarin witte dwergen in trilling kunnen worden gebracht, ligt inderdaad in de orde van enkele seconden. Deze tijds duur is eveneens de kortst mogelijke periode waarmee witte dwergen om hun as kunnen draaien. Nóg sneller draaien is onmogelijk, want dan zouden centrifugale krachten de ster uiteenscheuren.

Neutronensterren zijn veel compacter dan witte dwergen. Zij kunnen trillen met een periode van slechts 1/5000 seconde! Als ze sneller roteren dan ongeveer vijfduizend maal per seconde, zouden ze ook uiteen worden gerukt.

Ruim een jaar na de ontdekking van pulsars vonden radio astronomen ook een pulsar in de Krabnevel. Deze kreeg de aanduiding NP 0532. In tegenstelling tot de meeste andere pulsars heeft deze een veel sneller ritme. Ongeveer 30 maal per seconde zendt ze een radiopuls uit. Met de ontdekking van de Krabpulsar, één van de meest opzienbarendste ont dekkingen uit de moderne sterrenkunde, werd de stelling dat pulsars trillende witte dwergen zijn onhoudbaar. Daarvoor is de periode van de Krabnevel véél te kort. De waargenomen periode is echter heel goed mogelijk voor een om zijn as draaiende neutronenster.

Kort na deze ontdekking werd snel een poging ondernomen om te zien of er in de Krabnevel ook optisch iets van de pulsar te bespeuren was. En inderdaad, in januari 1969 werd gevonden dat het verdachte sterretje ook 30 maal per seconde helder opflitst in zichtbaar licht! Tussen twee heldere flitsen geeft ze ook nog een zwakke flits. Hiermee werd eindelijk onomsto telijk bewezen dat pulsars neutronensterren zijn die gevormd worden bij supernova-explosies, juist zoals al in 1934 was voorspeld.

Toch is de Krabnevel erg bijzonder. Het is de snelste pulsar die we kennen en één van de twee pulsars die we ook in zicht baar licht aan en uit zien gaan. Die andere pulsar bevindt zich in het sterrenbeeld Zeil.

Het pulserende gedrag van een pulsar ontstaat door de zeer snelle rotatie van een neutronenster. Door deze snelle rotatie hebben neutronensterren een enorm sterk magnetisch veld. Door deze magneetvelden worden ook sterke elektrische velden opge wekt welke de nog op de neutronenster aanwezige protonen en elektronen van het oppervlak wegsleuren. Het is dan aan te tonen dat de enige twee «uitgangen» voor deze elektrisch geladen deeltjes de magnetische noord- en zuidpool van de neutronenster zijn. De tot bijna lichtsnelheid versnelde elektronen zorgen er dan voor dat elektromagnetische straling vrijkomt die slechts in een zeer nauwe bundel wordt uitge zonden. Bij een gunstige stand van de neutronenster kan de aarde bij elke rotatie van de ster door één van die bundels bewegen.

De energie die vrijkomt door de snelle rotatie van de neutronen ster is de krachtbron die het magneetveld, en daarmee het eigenlijke stralingsproces in stand houdt. Omdat er voort durend energie wordt uitgezonden door de pulsar, zouden we verwachten dat de rotatiesnelheid afneemt. En inderdaad, alle pulsars vergroten heel langzaam hun pulsperiode. Bij NP 0532, de pulsar in de Krabnevel, klopt dit ook allemaal uitstekend.

De totale Krabnevel zendt per seconde 25.000 keer zoveel energie uit als de zon. Nu blijkt de pulsperiode van de Krabnevel toe te nemen en wel zodanig dat over ongeveer 1200 jaar de puls periode zal zijn verdubbeld (nu 1/30 seconde, dan 1/15 seconde).

Dit komt goed overeen met de berekeningen. Kennelijk is deze afremmende neutronenster de energiebron die de hele nevel aan het lichten brengt. Ze zorgt ervoor dat voortdurend nieuwe snelle elektronen in de nevel worden gepompt, iets wat nodig is om te kunnen verklaren waarom de nevel nog altijd straalt. Als we de neutronenster «uit zouden kunnen zetten», was de nevel als optische bron binnen 15 jaar ver dwenen.

In juli 1974 werd voor het eerst een dubbele pulsar ontdekt.

De periode ervan bedraagt 8 uur. Met behulp van röntgen satellieten (o.a. de UHURU-satelliet, gelanceerd in 1970 vanuit Kenia en de Astronomische Nederlandse Satelliet, de ANS) zijn later ook röntgenpulsars ontdekt. Röntgenpulsars maken deel uit van een dubbelstersysteem. De neutronenster is in staat gas uit de atmosfeer van de begeleider in te vangen. Door het sterke magneetveld kan dat gas alleen via de magnetische polen het oppervlak van de neutronenster bereiken. Tijdens de val naar de neutronenster loopt ten gevolge van de sterke zwaartekracht de valsnelheid op tot 140.000 kilometer per seconde. Met deze geweldige snelheid slaat de materie op het harde oppervlak en moet het plotse ling deze bewegingsenergie kwijt. Deze energie nu verhit het oppervlak van de neutronenster en het gas tot zo'n 100 mil joen graden, waardoor spontaan röntgenstraling wordt uitge zonden. Omdat de neutronenster om haar as draait, zien we telkens zo'n hete plek voorbijkomen en ontvangen we een röntgenpuls.

Ook in bolvormige sterrenhopen zijn pulsars ontdekt. De eerste werd in 1987 gevonden in de bolvormige sterrenhoop M 28 in het sterrenbeeld Schutter.

De pulsar PSR+65 pulseert niet bijzonder snel; de puls periode bedraagt 0,68 seconde. Maar ze is wel door een andere reden bijzonder: de ster beweegt namelijk sneller door het Melkwegstelsel dan welk ander bekend object dan ook.

De snelheid is minimaal 800 kilometer per seconde. Dat is groter dan de ontsnappingssnelheid: de ster zal het melk wegstelsel op den duur verlaten. Bijzonder is ook dat men rond de pulsar een nevel heeft ontdekt. Op grond van zijn vorm heeft men de nevel de bijnaam «gitaarnevel» gegeven.

Deze geïoniseerde nevel is het zichtbare gevolg van de schokgolf die de pulsar veroorzaakt door zijn snelle beweging door de interstellaire ruimte.

Tenslotte maakte de astronoom Alexander Wolszcan in het voorjaar van 1994 de ontdekking bekend van planeten bij de pulsar PSR 1257+12. Het bestaan van de planeten kwam aan het licht doordat er kleine fluctuaties optreden in de radiopulsen van de pulsar.