- Ultralumineuze röntgenbronnen zijn objecten die 10 miljoen maal zo helder kunnen zijn als de zon.
- Wetenschappers geven aan dat ze eigenlijk te helder zijn om te bestaan, omdat ze de zogeheten Eddington-limiet overschrijden.
- Een nieuwe analyse bevestigt de helderheid van een ULX, waardoor het mysterie van hoe het object kan bestaan onopgelost blijft.
- Lees ook: Astronomen zien een voorproefje van het einde van de aarde: een ster die een planeet in zijn geheel opslokt
Wetenschappers zijn verbijsterd over een mysterieus object in het heelal dat zo helder is dat het volgens natuurkundige wetten had moeten exploderen.
De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA volgt zogeheten ultralumineuze röntgenbronnen (ultraluminous X-ray sources, ofwel ULX), onmogelijke objecten die 10 miljoen keer helderder kunnen zijn dan de zon, om te begrijpen hoe ze werken.
Deze objecten kunnen in theorie niet bestaan, omdat ze de Eddington-limiet overschrijden, een regel van de astrofysica die voorschrijft dat er een grens is aan de helderheid van een object waarboven het uit elkaar valt.
Een nieuwe studie bevestigt onomstotelijk dat M82 X-2, een ULX op twaalf miljoen lichtjaar afstand, inderdaad zo helder is als eerdere waarnemingen suggereerden.
Maar de vraag blijft: hoe is het mogelijk dat het bestaat?
Objecten die zo lichtgevend zijn, zouden materie moeten wegduwen
Een fotomontage toont een weergave van het Messier 82-stelsel in zichtbaar licht (links) en röntgenlicht (rechts). Foto: NASA/STScI/SAO.
Het principe achter de regel van Sir Arthur Eddington is eenvoudig. Helderheid op deze schaal kan alleen afkomstig zijn van materie - zoals sterrenstof van overblijfselen van uiteenvallende planeten - die naar binnen valt richting een gigantisch object, zoals een zwart gat of een dode ster.
Terwijl deze materie wordt aangetrokken door de intense zwaartekracht van het object, warmt ze op en straalt ze licht uit. Hoe meer materie naar het object valt, hoe helderder het is. Maar er zit een adder onder het gras.
Op een gegeven moment wordt er zoveel materie naar binnen gezogen dat de straling die ze uitzendt in staat zou moeten zijn om de zwaartekracht van het gigantische object te overweldigen. Dat betekent dat de materie op een gegeven zou moeten worden weggeduwd door zijn eigen straling, en het dus niet meer naar binnen zou moeten vallen.
Maar als het niet naar binnen zou vallen, zou de materie geen licht uitstralen, wat betekent dat het object niet zo helder zou moeten zijn. Vandaar de Eddington-limiet.
M82 X-2 doet het onmogelijke
NASA-waarnemingen laten röntgenenergie zien die uit M82 X-2 pulseert. Foto: NASA/JPL-Caltech.
Wegens de Eddington-limiet hebben wetenschappers zich afgevraagd of de helderheid van een ULX inderdaad werd veroorzaakt door enorme hoeveelheden materie die erin vielen.
Een theorie is bijvoorbeeld dat sterke kosmische wind alle materie in een kegel heeft geconcentreerd. In deze theorie zou de kegel naar de aarde zijn gericht, wat een lichtstraal zou creëren die voor ons veel helderder zou lijken dan wanneer het materiaal gelijkmatig over de ULX zou zijn verspreid.
Maar een nieuwe studie naar M82 X-2, een ULX veroorzaakt door een pulserende neutronenster in het Messier 82-stelsel heeft die kegeltheorie ontkracht.
(Een neutronenster is een superdicht object dat achterblijft wanneer een ster geen energie meer heeft en sterft.)
Uit de analyse, die in april werd gepubliceerd in The Astrophysical Journal, bleek dat M82 X-2 ongeveer 9 miljard biljoen ton materie per jaar aantrekt van een naburige ster, ofwel ongeveer 1,5 keer de massa van de aarde, volgens een verklaring van de NASA.
Dat betekent dat de helderheid van deze ULX wel degelijk wordt veroorzaakt door hoeveelheden materie die de limiet overschrijden.
Supersterke magnetische velden kunnen atomen onderwerpen door ze te verpletteren
In deze illustratie van een ULX wordt heet gas naar een neutronenster getrokken. Sterke magnetische velden die uit de ster komen, zijn in groen weergegeven. Foto: NASA/JPL-Caltech.
Met het oog op deze informatie is een andere verklaring de belangrijkste theorie geworden om ULX'en te verklaren. En die is nog bizarder.
Volgens deze theorie schieten supersterke magnetische velden uit de neutronenster. Deze zouden zo sterk zijn dat ze de atomen van de materie die in de ster valt, zouden verpletteren, waardoor de vorm van deze atomen van een bol in een langwerpig koord zou veranderen, aldus de verklaring van NASA.
In dit geval zou de straling van deze geplette atomen meer moeite hebben om de materie weg te duwen, wat verklaart waarom zoveel materie in de ster kan verdwijnen zonder uit elkaar te vallen.
Het probleem is dat we deze theorie nooit op aarde zullen kunnen testen. Deze theoretische magnetische velden zouden zo sterk moeten zijn dat geen enkele magneet op aarde ze zou kunnen reproduceren.
"Dit is de schoonheid van astronomie. Door de hemel te observeren, breiden we ons vermogen uit om te onderzoeken hoe het universum werkt," zei Matteo Bachetti, een auteur van het onderzoek en astrofysicus bij het Cagliari Observatory van het National Institute of Astrophysics, in de verklaring van NASA. "Aan de andere kant kunnen we niet echt experimenten opzetten om snel antwoorden te krijgen."
"We moeten wachten tot het heelal ons zijn geheimen laat zien", aldus Bachetti.