Snelste pulsar in Melkwegschijf ontdekt

11 september 2017

Sterrenkundigen, waaronder Jason Hessels van de UvA, hebben twee snel roterende pulsars gevonden met de Nederlandse Low-Frequency Array radiotelescoop. De onderzoekers deden dit door te kijken naar onbekende bronnen in het heelal die gammastraling uitzenden.

De eerste pulsar PSR J1552+5437 roteert 412 keer per seconde. De tweede pulsar PSR J0952-0607 roteert 707 keer per seconde en is daarmee de snelst roterende pulsar in onze Melkwegschijf en de op een na snelste die ooit is gevonden. 

Pulsars zijn rondtollende neutronensterren; de overblijfselen van zware sterren die in een supernova-explosie aan het eind van hun leven zijn gekomen. Ze zenden radiogolven uit vanaf hun magnetische polen. Omdat pulsars roteren, zien wij hun radiogolven vanaf de aarde in pulsen. Ze fungeren als uiterst precieze kosmische vuurtorens die bundels radiostraling door het heelal zwiepen.

Neutronensterren zijn veel kleiner dan onze zon, ongeveer 20 km groot, maar ze zijn veel zwaarder. Daarom worden ze gebruikt om het gedrag van materiaal onder extreme omstandigheden te bestuderen. Door de snelst roterende pulsars te onderzoeken, hopen sterrenkundigen meer te weten te komen over de interne structuur van neutronensterren en de extremen van het heelal. 

Nieuwe techniek

Pulsars schijnen het helderst in radiogolven met lage radiofrequenties. Omdat de Low-Frequency Array (LOFAR) radiotelescoop laagfrequente radiogolven opvangt, is dit een ideale telescoop om pulsars te bestuderen. ‘Maar het vinden van pulsars met LOFAR is moeilijk, omdat gas en stof tussen de sterren de laagfrequente radiogolven verstoort’, zegt Cees Bassa van ASTRON, het Nederlands instituut voor radioastronomie. Daarom zoeken sterrenkundigen meestal naar pulsars op hogere radiofrequenties. 

Cees Bassa, Jason Hessels en anderen hebben een manier gevonden om dit probleem te verhelpen. ‘We hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om de LOFAR-data te analyseren met grafische kaarten (die oorspronkelijk zijn ontworpen voor computerspellen) in de grote DRAGNET-computercluster in Groningen.’Deze is gefinancierd met een ERC Starting Grant, die uitgereikt is aan Jason Hessels van de Universiteit van Amsterdam. 

Superterp_and_gamma_sky_small_targets

Pulsar J0952-0607, omcirkeld rechtsonder, roteert 707 keer per seconde en is nu de op een na snelste pulsar ooit gevonden. LOFAR’s eerste milisecondepulsar, J1552+5437, die 412 keer per seconde roteert, is linksboven omcirkeld. Credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration en ASTRON

Millisecondepulsar

Ziggy Pleunis, die samenwerkt met Bassa en Hessels, was de eerste die deze nieuwe techniek testte met LOFAR in 2016. Hij won de jackpot toen hij PSR J1552+5437 vond, een pulsar die elke 2,43 milliseconden, of 412 keer per seconde, roteert. Dit is de eerste millisecondepulsar die met LOFAR is gevonden. 

‘Omdat millisecondepulsars zowel hoogenergetische gammastralen als radiogolven uitzenden, hebben we specifiek naar onbekende bronnen in het heelal gekeken die gammastralen uitzenden’, zegt Pleunis, nu een promotie student aan de McGill Universiteit in Montreal, Canada.Hij heeft laten zien dat de gammastralen van de millisecondepulsar op hetzelfde moment aankomen als de radiopulsen, wat het vermoeden wekt dat ze op eenzelfde manier worden opgewekt. 

Supersnelle pulsar

Aangemoedigd door het succes van de teststudie, zochten de sterrenkundigen verder naar millisecondepulsars met LOFAR en vonden al snel een nog veel sneller roterende pulsar. Deze pulsar, PSR J0952-0607 genaamd, draait wel 707 keer per seconde om zijn as. Het is dan ook de snelst roterende pulsar die we kennen in onze Melkwegschijf, alleen overtroffen door een pulsar in een dichtbevolkte sterrenhoop buiten de Melkwegschijf die 716 keer per seconde ronddraait. 

‘Omdat PSR J0952-0607 zoveel dichterbij ons staat dan de pulsar in de sterrenhoop, kunnen we hem in veel meer detail bestuderen”, zegt Bassa. Met behulp van de Isaac Newton Telescoop op La Palma, hebben de sterrenkundigen een dubbelsterbegeleider gevonden die om de pulsar heen draait. Aan de hand van deze dubbelster kon de afstand van PSR J0952-0607 al bepaald worden. Verdere waarnemingen van de dubbelster zullen helpen om de massa en samenstelling te bepalen van de snel draaiende pulsar. 

Onbekende populatie 

Beide pulsars (J1552+5437 en J0952-0607) zijn onverwacht helder bij lage radiofrequenties, en worden snel minder helder bij hoge radiofrequenties. Dit betekent dat ze waarschijnlijk niet gevonden hadden kunnen worden bij hogere radiofrequenties, waar de meeste eerdere radiotelescopen naar pulsars zochten. Daarom is er wellicht een tot nu toe nog onbekende populatie van snel draaiende milliseconde pulsars in ons Melkwegstelsel, wachtend om ontdekt te worden. 

‘We vinden steeds meer bewijs dat de snelst draaiende pulsars het helderst zijn bij lage radiofrequenties, en dat er mogelijk een link is met de aanmaak van hoogenergetische gammastraling’, zegt Jason Hessels. Als dit inderdaad zo is, dan zal LOFAR waarschijnlijk nog meer, mogelijk zelfs nog sneller draaiende milliseconde pulsars kunnen vinden. De rotatiesnelheden van deze pulsars zullen sterrenkundigen een beter beeld geven van de interne structuur van neutronensterren. 

Publicatie

Twee publicaties over Pleunis’ en Bassa’s ontdekte pulsars verschenen in the Astrophysical Journal Letters op 5 september 2017. 

Pleunis, Z., et al. 2017, ApJL, 846, L19 (doi:10.3847/2041-8213/aa83ff)
Bassa, C. G., et al. 2017, ApJL, 846, L20 (doi:10.3847/2041-8213/aa8400)

Bron: ASTRON

Gepubliceerd door  Faculteit Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica