Het magnetarmysterie

Wat gebeurt er binnenin bevende sterren?

Een magnetar

Door Bart Braun

Sterrenkundige Maarten van Hoven promoveert op sterbevingen aan één van vreemdste sterren in het heelal. ‘Dit is de natuur op haar allerextreemst.’

Als de brandstof van een ster op is, ontstaat er iets nieuws. Wat een ster precies wordt na zijn pensioen, hangt af van hoe zwaar hij oorspronkelijk was. Echt zware sterren worden een zwart gat, maar exemplaren die wat lichter zijn veranderen in een zogeheten neutronenster.
Neutronensterren zijn bizarre dingen, die zich eigenlijk alleen in superlatieven laten beschrijven. Met een doorsnee van twintig, vijfentwintig kilometer zijn ze piepklein, in sterrenkundige termen. Om te compenseren zijn ze wel gigantisch zwaar. Een vingerhoedje vol neutronenster weegt duizend miljard kilo – meer dan alle mensen bij elkaar.
Omdat ze zo klein zijn, kun je neutronensterren niet met het blote oog zien. Zelfs met een gewone telescoop lukt dat niet, omdat ze duizenden lichtjaren van de aarde verwijderd zijn. Het is alsof je een losse zandkorrel op Mars probeert te bekijken. Dat we toch weten dat ze er zijn, komt doordat sommige neutronensterren enorme ladingen straling afgeven. Dat laatste maakt het een buitengewoon goede zaak dat ze duizenden lichtjaren ver weg staan: als de zon zo sterk zou stralen, zou ze de aarde steriliseren.
Een speciaal type neutronenster is de zogeheten magnetar, met een duizend keer zo sterk magneetveld als gewone neutronensterren – waarvan het magneetveld toch ook al een biljoen keer zo sterk is als dat van de aarde. Momenteel zijn er een stuk of twintig van die magnetars bekend, en om de zoveel tijd doen ze iets geks: ze trillen.
‘Als je een paar magnetische knikkertjes bij elkaar legt, merk je dat een magneetveld een heel rusteloos ding is’, vertelt sterrenkundige Maarten van Hoven, die dinsdag op zijn onderzoek naar magnetars hoopt te promoveren. ‘Ze trekken elkaar aan, en stoten elkaar af.’ Als vanzelf ordenen ze zich op een manier waarbij alle noordpolen lekker ver van elkaar afstaan. ‘In een magnetar gebeurt iets soortgelijks; het magneetveld probeert zich als het ware te ontwinden. Dat kan echter niet, omdat de ster een vaste korst heeft.’
Als je twee magneetjes met de noordpolen tegen elkaar aan probeert te duwen, duwen zij je vingers opzij. Iets soortgelijks gebeurt er in een magnetar, maar dan op de onbegrijpelijke, niet in het lab na te bootsen manier. Het magneetveld trekt aan de korst, en maar een van de twee kan het winnen.
Van Hoven: ‘Vervolgens zijn er twee opties. Of de kost breekt, met een hevige sterbeving als gevolg. Of het magneetveld gaat zich opwinden, en scheurt. Als dat laatste gebeurt, komt er een gigantische hoeveelheid magnetische energie vrij in de vorm van gammastraling, in een soort vuurbal die enorm snel wegschiet. Alle spanning valt dan in één klap weg.’
‘Vergelijk het met een gitaar die je aan het stemmen bent’, vervolgt hij. ‘De korst is de klankkast, en de snaar is het magneetveld. Als de snaar steeds strakker spant, knapt uiteindelijk de snaar, of de klankkast barst.’
Net zoals aardbevingen ons iets vertellen over hoe de aarde in elkaar zit, geeft een magnetarbeving of gamma-vuurbal informatie over magnetars. Van Hoven: ‘Omdat je geen directe metingen kunt doen aan het binnenste van magnetars, is het nogal een mysterie wat er daar gebeurt. Mogelijk bestaat het binnenste uit een zogeheten supervloeistof, waarin geen frictie bestaat, of nog onbekende natuurkundige deeltjes. Het is ongelofelijk exotisch; het geeft je inzicht in de natuur op haar allerextreemst.’
Van Hovens theoretische modellen hameren op het belang van het magneetveld in de seismologie van magnetars. ‘In eerste instantie lieten wetenschappers dat veld buiten beschouwing. Dat is heel aantrekkelijk, maar het magneetveld laat zo’n simpel verhaal niet toe.’
In plaats daarvan zijn de korst en het magneetveld innig met elkaar verbonden. Als de korst beweegt, bewegen de lijnen van het magneetveld mee. Omgekeerd beïnvloeden die lijnen ook de beweging van de korst. ‘Je hebt ontzettend veel lijnen, die in allerlei richtingen lopen, elk met hun eigen lengte’, beschrijft Van Hoven.
Als de korst trilt, kunnen de magneetlijnen die trilling absorberen via een verschijnsel dat resonatie heet. Golfbewegingen en trillingen kun je versterken of juist uitdoven door iets anders op de juiste manier mee te laten bewegen. Als je een schommel op het juiste moment duwt, schommelt ‘ie steeds hoger. Maar als je hem langzamer of sneller wil laten schommelen, komt de schommelaar minder ver.
Voor bijna elke trilling die de magnetarkorst vertoont, is er wel een magneetlijn die die trilling dempt. Van Hoven vergelijkt het met surfen. ‘Als een surfer een golf meepakt, draagt de golf energie over op de surfer. Dat valt normaal niet op, omdat een golf heel veel energie heeft en een surfer niet zoveel weegt. Maar als je een zee zou hebben die helemaal bomvol ligt met surfers, dan remmen ze elke golf zo af dat er geen grote golven meer kunnen ontstaan.’
De trillingen van de korst neem je waar als fluctuaties in de helderheid van de magnetar. Dat surferverhaal verklaart in theorie waarom je bepaalde fluctuaties niet ziet, en andere weer wel. ‘In de praktijk worden er ook fluctuaties waargenomen die niet verklaard kunnen worden met het model dat we nu voor magnetars gebruiken’, vertelt Van Hoven. ‘Misschien is het de moeite waard om andere modellen te gebruiken, of misschien zijn de fluctuaties helemaal niet het gevolg van iets dat gebeurt met de korst, maar van iets heel anders dat in het binnenste van de magnetar gebeurt.’ Zelfs voor wie er al jaren onderzoek naar doet, blijven de dingen fascinerend.

Maarten van Hoven, Seismology of Magnetars, promotie is 15 februari

Als de brandstof van een ster op is, ontstaat er iets nieuws. Wat een ster precies wordt na zijn pensioen, hangt af van hoe zwaar hij oorspronkelijk was. Echt zware sterren worden een zwart gat, maar exemplaren die wat lichter zijn veranderen in een zogeheten neutronenster.
Neutronensterren zijn bizarre dingen, die zich eigenlijk alleen in superlatieven laten beschrijven. Met een doorsnee van twintig, vijfentwintig kilometer zijn ze piepklein, in sterrenkundige termen. Om te compenseren zijn ze wel gigantisch zwaar. Een vingerhoedje vol neutronenster weegt duizend miljard kilo – meer dan alle mensen bij elkaar.
Omdat ze zo klein zijn, kun je neutronensterren niet met het blote oog zien. Zelfs met een gewone telescoop lukt dat niet, omdat ze duizenden lichtjaren van de aarde verwijderd zijn. Het is alsof je een losse zandkorrel op Mars probeert te bekijken. Dat we toch weten dat ze er zijn, komt doordat sommige neutronensterren enorme ladingen straling afgeven. Dat laatste maakt het een buitengewoon goede zaak dat ze duizenden lichtjaren ver weg staan: als de zon zo sterk zou stralen, zou ze de aarde steriliseren.
Een speciaal type neutronenster is de zogeheten magnetar, met een duizend keer zo sterk magneetveld als gewone neutronensterren – waarvan het magneetveld toch ook al een biljoen keer zo sterk is als dat van de aarde. Momenteel zijn er een stuk of twintig van die magnetars bekend, en om de zoveel tijd doen ze iets geks: ze trillen.
‘Als je een paar magnetische knikkertjes bij elkaar legt, merk je dat een magneetveld een heel rusteloos ding is’, vertelt sterrenkundige Maarten van Hoven, die dinsdag op zijn onderzoek naar magnetars hoopt te promoveren. ‘Ze trekken elkaar aan, en stoten elkaar af.’ Als vanzelf ordenen ze zich op een manier waarbij alle noordpolen lekker ver van elkaar afstaan. ‘In een magnetar gebeurt iets soortgelijks; het magneetveld probeert zich als het ware te ontwinden. Dat kan echter niet, omdat de ster een vaste korst heeft.’
Als je twee magneetjes met de noordpolen tegen elkaar aan probeert te duwen, duwen zij je vingers opzij. Iets soortgelijks gebeurt er in een magnetar, maar dan op de onbegrijpelijke, niet in het lab na te bootsen manier. Het magneetveld trekt aan de korst, en maar een van de twee kan het winnen.
Van Hoven: ‘Vervolgens zijn er twee opties. Of de kost breekt, met een hevige sterbeving als gevolg. Of het magneetveld gaat zich opwinden, en scheurt. Als dat laatste gebeurt, komt er een gigantische hoeveelheid magnetische energie vrij in de vorm van gammastraling, in een soort vuurbal die enorm snel wegschiet. Alle spanning valt dan in één klap weg.’
‘Vergelijk het met een gitaar die je aan het stemmen bent’, vervolgt hij. ‘De korst is de klankkast, en de snaar is het magneetveld. Als de snaar steeds strakker spant, knapt uiteindelijk de snaar, of de klankkast barst.’
Net zoals aardbevingen ons iets vertellen over hoe de aarde in elkaar zit, geeft een magnetarbeving of gamma-vuurbal informatie over magnetars. Van Hoven: ‘Omdat je geen directe metingen kunt doen aan het binnenste van magnetars, is het nogal een mysterie wat er daar gebeurt. Mogelijk bestaat het binnenste uit een zogeheten supervloeistof, waarin geen frictie bestaat, of nog onbekende natuurkundige deeltjes. Het is ongelofelijk exotisch; het geeft je inzicht in de natuur op haar allerextreemst.’
Van Hovens theoretische modellen hameren op het belang van het magneetveld in de seismologie van magnetars. ‘In eerste instantie lieten wetenschappers dat veld buiten beschouwing. Dat is heel aantrekkelijk, maar het magneetveld laat zo’n simpel verhaal niet toe.’
In plaats daarvan zijn de korst en het magneetveld innig met elkaar verbonden. Als de korst beweegt, bewegen de lijnen van het magneetveld mee. Omgekeerd beïnvloeden die lijnen ook de beweging van de korst. ‘Je hebt ontzettend veel lijnen, die in allerlei richtingen lopen, elk met hun eigen lengte’, beschrijft Van Hoven.
Als de korst trilt, kunnen de magneetlijnen die trilling absorberen via een verschijnsel dat resonatie heet. Golfbewegingen en trillingen kun je versterken of juist uitdoven door iets anders op de juiste manier mee te laten bewegen. Als je een schommel op het juiste moment duwt, schommelt ‘ie steeds hoger. Maar als je hem langzamer of sneller wil laten schommelen, komt de schommelaar minder ver.
Voor bijna elke trilling die de magnetarkorst vertoont, is er wel een magneetlijn die die trilling dempt. Van Hoven vergelijkt het met surfen. ‘Als een surfer een golf meepakt, draagt de golf energie over op de surfer. Dat valt normaal niet op, omdat een golf heel veel energie heeft en een surfer niet zoveel weegt. Maar als je een zee zou hebben die helemaal bomvol ligt met surfers, dan remmen ze elke golf zo af dat er geen grote golven meer kunnen ontstaan.’
De trillingen van de korst neem je waar als fluctuaties in de helderheid van de magnetar. Dat surferverhaal verklaart in theorie waarom je bepaalde fluctuaties niet ziet, en andere weer wel. ‘In de praktijk worden er ook fluctuaties waargenomen die niet verklaard kunnen worden met het model dat we nu voor magnetars gebruiken’, vertelt Van Hoven. ‘Misschien is het de moeite waard om andere modellen te gebruiken, of misschien zijn de fluctuaties helemaal niet het gevolg van iets dat gebeurt met de korst, maar van iets heel anders dat in het binnenste van de magnetar gebeurt.’ Zelfs voor wie er al jaren onderzoek naar doet, blijven de dingen fascinerend.

Maarten van Hoven, Seismology of Magnetars, promotie is 15 februari

Raar in de ruimte

Als de brandstof van een ster op is, ontstaat er iets nieuws. Wat een ster precies wordt na zijn pensioen, hangt af van hoe zwaar hij oorspronkelijk was. Echt zware sterren worden een zwart gat, maar exemplaren die wat lichter zijn veranderen in een zogeheten neutronenster.
Neutronensterren zijn bizarre dingen, die zich eigenlijk alleen in superlatieven laten beschrijven. Met een doorsnee van twintig, vijfentwintig kilometer zijn ze piepklein, in sterrenkundige termen. Om te compenseren zijn ze wel gigantisch zwaar. Een vingerhoedje vol neutronenster weegt duizend miljard kilo – meer dan alle mensen bij elkaar.
Omdat ze zo klein zijn, kun je neutronensterren niet met het blote oog zien. Zelfs met een gewone telescoop lukt dat niet, omdat ze duizenden lichtjaren van de aarde verwijderd zijn. Het is alsof je een losse zandkorrel op Mars probeert te bekijken. Dat we toch weten dat ze er zijn, komt doordat sommige neutronensterren enorme ladingen straling afgeven. Dat laatste maakt het een buitengewoon goede zaak dat ze duizenden lichtjaren ver weg staan: als de zon zo sterk zou stralen, zou ze de aarde steriliseren.
Een speciaal type neutronenster is de zogeheten magnetar, met een duizend keer zo sterk magneetveld als gewone neutronensterren – waarvan het magneetveld toch ook al een biljoen keer zo sterk is als dat van de aarde. Momenteel zijn er een stuk of twintig van die magnetars bekend, en om de zoveel tijd doen ze iets geks: ze trillen.
‘Als je een paar magnetische knikkertjes bij elkaar legt, merk je dat een magneetveld een heel rusteloos ding is’, vertelt sterrenkundige Maarten van Hoven, die dinsdag op zijn onderzoek naar magnetars hoopt te promoveren. ‘Ze trekken elkaar aan, en stoten elkaar af.’ Als vanzelf ordenen ze zich op een manier waarbij alle noordpolen lekker ver van elkaar afstaan. ‘In een magnetar gebeurt iets soortgelijks; het magneetveld probeert zich als het ware te ontwinden. Dat kan echter niet, omdat de ster een vaste korst heeft.’
Als je twee magneetjes met de noordpolen tegen elkaar aan probeert te duwen, duwen zij je vingers opzij. Iets soortgelijks gebeurt er in een magnetar, maar dan op de onbegrijpelijke, niet in het lab na te bootsen manier. Het magneetveld trekt aan de korst, en maar een van de twee kan het winnen.
Van Hoven: ‘Vervolgens zijn er twee opties. Of de kost breekt, met een hevige sterbeving als gevolg. Of het magneetveld gaat zich opwinden, en scheurt. Als dat laatste gebeurt, komt er een gigantische hoeveelheid magnetische energie vrij in de vorm van gammastraling, in een soort vuurbal die enorm snel wegschiet. Alle spanning valt dan in één klap weg.’
‘Vergelijk het met een gitaar die je aan het stemmen bent’, vervolgt hij. ‘De korst is de klankkast, en de snaar is het magneetveld. Als de snaar steeds strakker spant, knapt uiteindelijk de snaar, of de klankkast barst.’
Net zoals aardbevingen ons iets vertellen over hoe de aarde in elkaar zit, geeft een magnetarbeving of gamma-vuurbal informatie over magnetars. Van Hoven: ‘Omdat je geen directe metingen kunt doen aan het binnenste van magnetars, is het nogal een mysterie wat er daar gebeurt. Mogelijk bestaat het binnenste uit een zogeheten supervloeistof, waarin geen frictie bestaat, of nog onbekende natuurkundige deeltjes. Het is ongelofelijk exotisch; het geeft je inzicht in de natuur op haar allerextreemst.’
Van Hovens theoretische modellen hameren op het belang van het magneetveld in de seismologie van magnetars. ‘In eerste instantie lieten wetenschappers dat veld buiten beschouwing. Dat is heel aantrekkelijk, maar het magneetveld laat zo’n simpel verhaal niet toe.’
In plaats daarvan zijn de korst en het magneetveld innig met elkaar verbonden. Als de korst beweegt, bewegen de lijnen van het magneetveld mee. Omgekeerd beïnvloeden die lijnen ook de beweging van de korst. ‘Je hebt ontzettend veel lijnen, die in allerlei richtingen lopen, elk met hun eigen lengte’, beschrijft Van Hoven.
Als de korst trilt, kunnen de magneetlijnen die trilling absorberen via een verschijnsel dat resonatie heet. Golfbewegingen en trillingen kun je versterken of juist uitdoven door iets anders op de juiste manier mee te laten bewegen. Als je een schommel op het juiste moment duwt, schommelt ‘ie steeds hoger. Maar als je hem langzamer of sneller wil laten schommelen, komt de schommelaar minder ver.
Voor bijna elke trilling die de magnetarkorst vertoont, is er wel een magneetlijn die die trilling dempt. Van Hoven vergelijkt het met surfen. ‘Als een surfer een golf meepakt, draagt de golf energie over op de surfer. Dat valt normaal niet op, omdat een golf heel veel energie heeft en een surfer niet zoveel weegt. Maar als je een zee zou hebben die helemaal bomvol ligt met surfers, dan remmen ze elke golf zo af dat er geen grote golven meer kunnen ontstaan.’
De trillingen van de korst neem je waar als fluctuaties in de helderheid van de magnetar. Dat surferverhaal verklaart in theorie waarom je bepaalde fluctuaties niet ziet, en andere weer wel. ‘In de praktijk worden er ook fluctuaties waargenomen die niet verklaard kunnen worden met het model dat we nu voor magnetars gebruiken’, vertelt Van Hoven. ‘Misschien is het de moeite waard om andere modellen te gebruiken, of misschien zijn de fluctuaties helemaal niet het gevolg van iets dat gebeurt met de korst, maar van iets heel anders dat in het binnenste van de magnetar gebeurt.’ Zelfs voor wie er al jaren onderzoek naar doet, blijven de dingen fascinerend.

Maarten van Hoven, Seismology of Magnetars, promotie is 15 februari

Deel dit bericht: