pulsars

Galactisch GPS systeem ontdekt

Overal in het bekende deel van de Melkweg kunnen ruimtevaarders in principe hun positie bepalen tot op vijf kilometer precies. Pulsars, de resten van uitgebrande sterren, blijken een onvermoede kwaliteit te hebben als gids.

Pulsars

Onderzoekers van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in het Duitse Garching hebben een methode ontwikkeld om de positie in de ruimte zeer precies te bepalen, waarbij gebruik wordt gemaakt van röntgenstraling van pulsars.

Pulsars zoals dit restant van een supernova in de Krabnevel, zijn extreem nauwkeurig. Bron: NASA

Deze dichte overblijfselen van geëxplodeerde sterren draaien extreem snel, waardoor hun straling als relatief smalle bundel over het heelal wordt verspreid. Pulsars draaien zo stipt dat ze atoomklokken evenaren.

Vijf kilometer nauwkeurig

Kortom: uitstekend te gebruiken als interstellair GPS systeem, aldus het team. Als een ruimtevaartuig de middelen aan boord heeft om de pulsen te detecteren, kan deze hun aankomsttijd vergelijken met de tijd die voorspeld is op de referentielokatie. Dit zou het ruimtevaartuig in staat stellen overal in de Melkweg waar de pulsars bekend zijn, het grootste deel, de positie tot op vijf kilometer nauwkeurig te bepalen. Als we ooit iets als hyperdrive uitvinden, zou de positie na de sprong exact bekend zijn.

Een toekomstig interstellair ruimteschip (Stanford Torus model) op weg door het Melkwegstelsel. bron: Heineken11, Wikimedia Commons

Ter vergelijking: bereikten we relatief dezelfde nauwkeurigheid met het huidige GPS systeem, dan zouden we op aarde tot ongeveer een atoomdikte nauwkeurig kunnen navigeren. Wel moeten ingenieurs dan röntgentelescopen flink verkleinen, tot minder dan een honderdste van de tegenwoordige grootte.

Bemande missie naar Mars

Prof. Werner Becker van het Max-Planck-Institut  für extraterrestrische Physik is ervan overtuigd dat zijn navigatiesysteem erg handig is missies naar andere planeten en wellicht voor een bemande missie naar Mars. High-performance systemen zijn dan een absolute must, zeker als de mensheid zich op een dag op zal maken voor een reis naar een andere ster.

Bron:
Dead stars to guide spacecrafts, BBC, 2012
How interstellar beacons could help future spacecraft find their way across the universe, MPE News, 2012

Galactisch GPS systeem ontdekt Meer lezen »

Zware pulsar mogelijk in strijd met theorie Einstein

Pulsars, toch al bekend vanwege hun extreme natuurkundige eigenschappen, hebben nu gezelschap gekregen van een soortgenoot met eigenschappen die de algemene relativiteitstheorie lijken te tarten: een neutronenster, zo klein dat deze bijna op Texel past maar met een massa van 2,04 maal die van de zon.

Deze opname van de Vela-pulsar laat goed zien wat er zich werkelijk afspeelt rond een pulsar. Zichtbaar zijn de accretieschijf en een bundel met heet gas. bron: NASA
Deze opname van de Vela-pulsar laat goed zien wat er zich werkelijk afspeelt rond een pulsar. Zichtbaar zijn de accretieschijf en een bundel met heet gas. bron: NASA

Kosmische vuurtorens en zwaartekrachtsgolven
Pulsars zijn de uitgebluste restanten van zware sterren, die zeer snel rondtollen en zo voortdurend, als een kosmische vuurtoren, een bundel radiogolven laten uitwaaieren over het universum. De snelst rondtollende pulsars worden voortdurend gevoed met materiaal van hun begeleider (bijvoorbeeld een ster of een witte dwerg), die de pulsar voor miljarden jaren kan voeden tot beide objecten botsen.

Volgens de algemene relativiteitstheorie bestaan er zogeheten zwaartekrachtsgolven. Twee snel rondtollende en extreem zware objecten, zoals een dergelijk binair paar, veroorzaken sterke rimpels in ruimtetijd. Zwaartekrachtsgolven zijn nog niet direct waargenomen, maar uit het gemeten energieverlies van binaire sterren, dat precies overeenkomt met de energie die volgens Einstein als zwaartekrachtsgolven uitgezonden wordt, weten we dat ze waarschijnlijk wel bestaan.

Kapotte telescoop ontdekt zwaarste pulsar ooit
J0348+0432, nu de zwaarste pulsar ooit ontdekt, dook op in een onderzoek tijdens de reparatie van de Green Bank Telescope in West Virginia. De 100 meter doorsnede schotel kon niet worden bewogen, dus besloten de astronomen maar gebruik te maken van de natuurlijke draaiing van de aarde. Met opmerkelijke resultaten, aldus Victoria Kaspi van de McGill University in Montreal, Canada.

De nieuw ontdekte pulsar heeft een periode van 39 milliseconde. Dat  betekent dat de pulsar sneller dan 25 maal per seconde rondtolt. De pulsar vormt een binair stelsel met een veel lichtere witte dwerg (0,172 maal de massa van de zon). De massa van witte dwergen vaststellen is niet erg moeilijk. Het extreem sterke zwaartekrachtsveld zorgt namelijk voor roodverschuiving (het licht wordt uitgerekt, dus roder): hoe groter de roodverschuiving, hoe zwaarder de witte dwerg.

Door de relatieve schommelingen van beide objecten vast te stellen kon het team de massa van de pulsar zelf vaststellen: een tot nu toe onovertroffen 2,04 maal die van de zon (vergeleken met de 1,97 zonsmassa van de vorige recordhouder).

Alternatieve zwaartekrachtstheorieën getest
Ten eerste kunnen met behulp van dit paar alternatieve zwaartekrachtstheorieën worden getest, juist omdat de massa van de witte dwerg en de neutronenster zo sterk verschillen. Volgens enkele alternatieve zwaartekrachtstheorieën treden er binnen neutronensterren extra zwaartekrachtseffecten op die niet in de veel grotere witte dwerg (met de grootte van ongeveer de aarde) optreden. Deze effecten zouden de zwaartekracht zelf beïnvloeden en extra zwaartekrachtsgolven opwekken, waardoor dit paar elkaar sneller zou naderen. Dat op zijn beurt is waar te nemen door de effecten op rotatie en de pulsar.

Maar klopt de algemene relativiteitstheorie wel?
Een tweede interessante toets voor de algemene relativiteitstheorie heeft te maken met de zeer grote massa van de pulsar zelf. Eigenlijk is deze te groot om stabiel te kunnen blijven. Als een pulsar namelijk zwaarder is dan twee zonsmassa’s, moeten de neutronen, of andere (nog hypothetische) deeltjes  waaruit de pulsar bestaat sneller bewegen dan het licht om voldoende afstotende kracht te leveren. Zoals bekend, kan dat niet volgens de relativiteitstheorie, waardoor niets de instorting meer tegenhoudt en de neutronenster onherroepelijk instort tot een zwart gat. Deze limiet, de Tolman-Oppenheimer-Volkoff limiet, ligt op rond de 1,5-3 zonsmassa’s. 2,04 zonsmasa’s komt aardig in de buurt…

Bron
New Scientist (2012)

Zware pulsar mogelijk in strijd met theorie Einstein Meer lezen »