De ster heeft een diameter van zo’n 20 tot 30 kilometer, maar heeft een massa die 2,17 keer groter is dan die van onze zon!

En daarmee gaat de ster – J0740+6620 genoemd – de boeken in als de zwaarste neutronenster die onderzoekers ooit hebben gezien. Sterker nog: J0740+6620 kan wel eens de zwaarste neutronenster in het universum zijn; modellen wijzen uit dat een neutronenster niet veel zwaarder kan zijn.

Wanneer zware sterren aan het einde van hun leven komen, exploderen ze. Wat achterblijft, is een ineengestorte kern. En dat noemen we een neutronenster. Neutronensterren zijn de kleinste sterren die er zijn, maar ze hebben een enorme dichtheid. J0740+6620 draait ook nog eens snel rond en geeft ondertussen via zijn magnetische polen elektromagnetische straling af. Een dergelijke neutronenster wordt ook wel een pulsar genoemd. Hierboven zie je een schematische weergave van een pulsar, waarbij de rotatie-as afwijkt van de denkbeeldige as die je kunt trekken tussen de magnetische noord- en zuidpool van de ster. Afbeelding: Mysid / Jm smits (via Wikimedia Commons).

J0740+6620 zou een diameter van 20 tot 30 kilometer hebben en een massa die vergelijkbaar is met 2,17 zonsmassa’s. Om nog wat meer grip te krijgen op de enorme dichtheid van deze neutronenster, formuleren de wetenschappers het als volgt. Als je een blokje ter grootte van een suikerklontje uit deze neutronenster zou nemen en op de weegschaal zou leggen, zou het hier op aarde 100 miljoen ton – oftewel net zoveel als de complete menselijke bevolking – wegen.


De massa bepalen
J0740+6620 bevindt zich op zo’n 4600 lichtjaar afstand van de aarde en maakt deel uit van een dubbelstersysteem waarin ook nog een witte dwerg te vinden is. Met behulp van die witte dwerg hebben onderzoekers de massa van J0740+6620 vastgesteld. De neutronenster geeft zoals gezegd elektromagnetische straling af die – door de oriëntatie van het dubbelstersysteem ten opzichte van de aarde – zo af en toe gehinderd wordt door de witte dwerg die baantjes trekt om de neutronenster. De zwaartekracht van de witte dwerg veroorzaakt een kromming van de ruimtetijd direct rond de witte dwerg en zorgt ervoor dat de pulsen dus ietsje langer moeten reizen om op aarde te arriveren. Het tijdsverschil tussen pulsen die gehinderd zijn door de witte dwerg en pulsen die ongehinderd naar de aarde kunnen reizen, is klein, maar kan gebruikt worden om conclusies te trekken over de zwaartekracht en massa van de witte dwerg en op basis daarvan kan vrij nauwkeurig de massa van zijn metgezel worden berekend.

Op het randje
De ontdekking van deze bijzonder zware neutronenster is heel waardevol. “Deze sterren zijn heel exotisch,” vertelt onderzoeker Maura McLaughlin. “We weten niet waar ze van gemaakt zijn en een heel belangrijke vraag is: hoe zwaar kunnen deze sterren zijn?” Recent zijn onderzoekers erin geslaagd om de zwaartekrachtsgolven die ontstaan zijn tijdens een botsing van twee neutronensterren op te vangen. En dat onderzoek suggereerde dat een neutronenster niet veel zwaarder kan zijn dan 2,17 zonsmassa’s. Valt de massa hoger uit, dan resulteert de dood van een zware ster niet in een neutronenster, maar in een zwart gat. En onderzoekers zijn er nu dus in geslaagd om een neutronenster te vinden die qua massa echt op dat randje zit.

Neutronen en quarks
Gehoopt wordt dat het uiteindelijk meer inzicht geeft in wat er allemaal gaande is in het binnenste van deze vrij mysterieuze sterren. Tot op heden is namelijk volstrekt onduidelijk hoe deeltjes in zo’n samengedrukte kern van een geëxplodeerde ster zich gedragen. Houden de samengeperste neutronen stand of vallen ze uiteen en ontstaat er een soep van subatomaire quarks of andere exotische deeltjes? Niemand die het weet. “Neutronensterren zijn net zo mysterieus als fascinerend,” aldus onderzoeker Thankful Cromartie. “Deze objecten ter grootte van een stad zijn in feite enorme atoomkernen. Ze zijn zo massief dat hun binnenste vreemde eigenschappen heeft. Het ontdekken van de maximale massa die de natuurkunde en natuur toestaat, kan ons veel meer vertellen over dit verder ontoegankelijke domein van de astrofysica.”

In de toekomst hopen de onderzoekers nog meer zware neutronensterren te vinden. “Neutronensterren hebben een omslagpunt waarop hun dichtheid zo extreem wordt dat de zwaartekracht te groot is om te voorkomen dat de neutronenster instort,” vertelt onderzoeker Scott Ransom. “Elke ‘zwaarste neutronenster’ die we ontdekken, brengt ons dichter bij het identificeren van dat omslagpunt en helpt ons om het gedrag van materie bij zo’n grote dichtheid beter te begrijpen.”