Pulsar

Een pulsar in de astronomie is een snel ronddraaiende neutronenster die elektromagnetische straling uitzendt in de vorm van snelle pulsen. De naam stond origineel voor pulserende radiobron (pulsating radio-source). Pulsars behoren tot dezelfde soort hemellichamen als magnetars; het belangrijkste verschil is de sterkte van het magnetisch veld.

Ontdekking

De eerst bekende pulsar, ontdekt in 1967 door Jocelyn Bell en Antony Hewish, had een pulstijd van enkele seconden. Zij sloten uit dat het signaal van de aarde afkomstig was omdat het niet terugkwam na een periode van precies 24 uur, maar na een siderische dag. Ze gaven het object dat hiervoor verantwoordelijk was origineel de naam LGM, hetgeen stond voor little green men (Kleine Groene Mannetjes), omdat het leek op een radiobaken dat door buitenaards intelligent leven naar ons werd uitgestraald. Na enige speculatie werd een consensus bereikt dat het enige object dat verantwoordelijk kon zijn voor deze signalen een neutronenster was; een object dat tot dan toe niet kon worden waargenomen. Deze pulsar kan je ook via de radio horen op de lange golf rond de 148 kilohertz.

Sinds de ontdekking van deze pulsar zijn ook veel sneller pulserende neutronensterren waargenomen, tot in het millisecondenbereik. Ook hebben sommige pulsars een structuur in de pulsen die nog veel hoger van frequentie is (nanoseconden); deze onderdelen moeten door stukken op het oppervlak van de neutronenster worden uitgestraald die niet groter zijn dan 60 centimeter. Daarmee zijn deze structuren verreweg de kleinste details ooit waargenomen buiten ons eigen zonnestelsel.

Onstaan van een pulsar

Een pulsar is het eindstadium van een ster met een massa van rond de 10 zonsmassa's. Het onstaan van een pulsar is het gevolg van een type II, type Ia of type Ib supernova. Wanneer de ster alle waterstof in zijn kern via een reeks andere elementen uiteindelijk tot ijzer heeft gefuseerd, kost het de ster energie om dit verder fuseren (in plaats van dat het energie oplevert). Het hydrostatisch evenwicht van de ster raakt uit balans, en de sterkern implodeert onder zijn eigen zwaartekracht. Door de enorme druk worden de protonen en elektronen van de ijzeratomen gefuseerd tot neutronen. Vanwege de grote hoeveelheid vrijgekomen potentiële energie worden de buitenste lagen van de ster met een grote explosie het universum ingeblazen. Hierdoor verliest de ster een groot gedeelte van zijn massa. Wanneer de ster tijdens zijn leven een kleine draai-impuls had, wordt door het krimpen van de ster de draaisnelheid enorm verhoogd, vanwege het behoud van impulsmoment. Ook het magnetisch veld van de blijft behouden, maar door het krimpen van de ster zeer versterkt. Onder invloed van dit draaiende magnetische veld wordt een elektrisch veld opgewekt, wat geladen deeltjes bij de magnetische polen versneld. Dit heeft tot gevolg dat de ster bij de polen twee elektromagnetische straalstromen uitzendt.

Anatomie van een pulsar

Een pulsar is dus een snel roterende, sterk magnetische neutronenster die aan beide magnetische polen een elektromagnetische straalstroom uitzendt. Een pulsar heeft typisch een straal van 10 km, met een gewicht van rond de 1.4 zonsmassa's.

Innerlijke structuur

Een neutronenster bestaat bijna volledig uit neutronen, en heeft een gemiddelde dichtheid van $6.7*10^{17}kg/m^{3}$, groter dan die van een atoomkern ($2.7*10^{17}kg/m^{3}$). Een neutronenster is echter geen homogene bol, maar heeft een lagenstructuur. De buitenste, vaste laag van ijzerkernen en gedegenereerde elektronen heeft een dichtheid van $10^{9}kg/m^{3}$. Daaronder bevindt zich een vloeibare binnenkant die naar binnen toe dichter wordt. Bij een dichtheid van $4*10^{14}kg/m^{3}$ combineren de protonen en elektronen zich tot neutronen. Het grootste gedeelte van de neutronenster bestaat uit een mix 95% van superfluide neutronen en 5% supergeleidende elektronen en protonen, bij een dichtheid van $2*10^{17}kg/m^{3}$. Over de aard van de kern van de ster bestaat nog geen eenduidige theorie.

Magnetosfeer

Elke pulsar wordt omringd door een atmosfeer van plasma, dat volledig gedomineerd wordt door het zeer sterke magnetische veld van de pulsar. Het magnetisch veld kan sterkten bereiken tussen de $10^{8}$ en $10^{15}$ Gauss. Deze combinatie van plasma en magnetisch veld wordt de “magnetosfeer” genoemd. De magnetosfeer roteert mee met de pulsar, die een rotatieperiode kan hebben van enkele seconden tot enkele milliseconden. Hierdoor kan de magnetosfeer snelheden bereiken die de lichtsnelheid naderen. Aangezien de magnetosfeer de lichtsnelheid niet kan overschreiden, ontstaat er een cilindervormige grens rondom de draai-as. Deze grenst het gebied af waar de magnetosfeer nog met de neutronenster mee kan draaien. Hierbuiten kan dit niet, omdat het in strijd zou zijn met de speciale relativiteitstheorie. Deze grens wordt de lichtcilinder genoemd. De magnetische veldlijnen die binnen de lichtcilinder sluiten heten gesloten veldlijnen, degenen die dit niet doen heten open veldlijnen. Dit snel roterende magnetische veld veroorzaakt een elektrisch veld, dat aan de magnetische polen de geladen elektronen en protonen versnelt. Deze deeltjes veroorzaken de elektromagnetische straalstromen aan de polen.

· ·

Stersoorten