Neutronensterren: de sleutel tot goud en platina in het universum!

Neutronensterren: de sleutel tot goud en platina in het universum!

Op 3 juni 2025 sprak Tim Dietrich, hoogleraar theoretische astrofysica aan de Universiteit van Potsdam, zijn wens uit om neutronensterren te bezoeken met een ruimtevaartuig. Deze extreem dichte, compacte objecten worden gevormd tijdens de supernova-explosies van massieve sterren en schijnen kortstondig zo helder als een heel sterrenstelsel. Hun dichtheid is adembenemend: een theelepel materiaal van een neutronenster kan wel een miljard ton wegen. Het merendeel van deze fascinerende hemellichamen bevindt zich in dubbelstersystemen. Ze verliezen energie totdat ze uiteindelijk botsen, waarbij ongelooflijke hoeveelheden energie vrijkomen. De eerste waargenomen botsing van neutronensterren vond plaats op 17 augustus 2017, toen zowel zwaartekrachtsgolven als lichtsignalen werden gedetecteerd, wat een mijlpaal markeerde in de moderne astronomie. Dit was de gebeurtenis GW170817, die plaatsvond buiten onze Melkweg en het lichtsignaal van een botsing van neutronensterren in het sterrenstelsel NGC 4993 detecteerde.

Tijdens dergelijke botsingen ontstaan ​​nieuwe elementen, waaronder zware elementen zoals goud en platina. Deze processen zijn complex en fascinerend; ze richten zich op de productie van gammastraling zoals waargenomen tijdens de botsing. Bij de botsing van 2017 hebben astronomische detectoren, zoals de LIGO-detectoren in Hanford, Washington, en Livingston, Louisiana, een aanzienlijke hoeveelheid zwaartekrachtgolven gedetecteerd. Deze werden opgenomen over een periode van ongeveer 100 seconden. De meting werd aangevuld met de Virgo-detector, die de lokalisatie van het signaal nauwkeuriger maakte. Slechts 1,7 seconden later detecteerden de Gamma-ray Burst Monitor (GBM)-satellieten aan boord van de Fermi-satelliet de bijbehorende gammastraaluitbarsting.

Ontdekkingen en theorieën rond botsingen tussen neutronensterren

De ontdekking van GW170817 markeert het begin van de multi-messenger-astronomie. Deze nieuwe methode combineert verschillende signalen om het universum beter te begrijpen. De gelijktijdige meting van zwaartekrachtgolven en lichtsignalen leverde belangrijk bewijs voor Einsteins relativiteitstheorie. De waarschijnlijkheid dat het samenvallen van zwaartekrachtgolven en gammastraling door toeval plaatsvindt, wordt gegeven als 1 op 200 miljoen. De gebeurtenis bevestigt de theorie dat neutronensterfusies de belangrijkste bron zijn van zwaardere elementen, met name r-proceselementen.

De ontdekking van zwaartekrachtgolven is echter slechts het topje van de ijsberg. Uit onderzoek van het Max Planck Instituut voor Zwaartekrachtfysica blijkt dat de mechanismen achter het opwekken van magnetische velden bij samensmeltende neutronensterren kunnen worden verklaard door middel van computersimulaties. Uit deze simulaties blijkt dat neutronensterren, die slechts ongeveer 20 kilometer in diameter zijn, in staat zijn sterke magnetische velden op te wekken. Deze magnetohydrodynamische processen laten zien dat twee mechanismen bijdragen aan de versterking van het magnetische veld: de Kelvin-Helmholtz-instabiliteit en de magnetische rotatie-instabiliteit, die werken als een dynamo.

Ongeveer 60 milliseconden na de fusie wordt een straal over de polen van de resulterende magnetar uitgeworpen, die verantwoordelijk is voor de productie van kilonovastraling. Deze indrukwekkende verschijnselen laten zien dat botsingen tussen neutronensterren niet alleen spectaculaire zwaartekrachtgolven en lichtsignalen produceren, maar ook een verscheidenheid aan elementen en magnetische velden - allemaal aspecten die de astrofysica blijven fascineren en nieuwe mogelijkheden voor ontdekking bieden.

Voor de toekomst blijft het idee om met een ruimteschip naar dergelijke gebeurtenissen in andere sterrenstelsels te reizen meer dan alleen een droom. Het concept van een warpdrive, die theoretisch hogere snelheden dan het licht mogelijk zou kunnen maken, is gebaseerd op de fysieke formules van de algemene relativiteitstheorie. Maar totdat we dergelijke reizen kunnen ondernemen, blijft de botsing tussen neutronensterren een fascinerend en complex onderwerp voor de astronomie.