Persbericht

ESO-telescopen helpen bij oplossing pulsar-puzzel

30 augustus 2023

Met een opmerkelijke waarnemingscampagne waarbij twaalf telescopen op de grond en in de ruimte betrokken waren, waaronder drie faciliteiten van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), hebben astronomen het vreemde gedrag blootgelegd van een pulsar – een supersnel ronddraaiende dode ster. Van dit raadselachtige object is bekend dat het bijna doorlopend wisselt tussen twee helderheidstoestanden, iets wat tot nu toe een mysterie was. Astronomen hebben nu echter ontdekt dat de eigenaardige omschakelingen worden veroorzaakt door plotselinge kortstondige uitstoten van materie vanuit de pulsar.

‘We zijn getuige geweest van uitzonderlijke kosmische verschijnselen waarbij enorme hoeveelheden materie, vergelijkbaar met kosmische kanonskogels, binnen een zeer korte tijdspanne van tientallen seconden de ruimte in worden gelanceerd door een klein, compact hemellichaam dat met ongelooflijk hoge snelheden ronddraait,’ zegt Maria Cristina Baglio, onderzoeker aan de New York University in Abu Dhabi, gelieerd aan het Italiaanse Nationale Instituut voor Astrofysica (INAF), en hoofdauteur van het artikel dat vandaag in Astronomy & Astrophysics is gepubliceerd.

Een pulsar is een snel roterende, magnetische, dode ster die een bundel elektromagnetische straling de ruimte in zendt. Tijdens het draaien zwiept deze bundel in het rond, net als de lichtbundel van een vuurtoren. Steeds wanneer zo’n bundel kortstondig onze kant op is gericht, kan hij door astronomen worden gedetecteerd. Hierdoor lijkt het alsof de ster pulseert.

PSR J1023+0038, kortweg J1023, is een speciaal soort pulsar die bizar gedrag vertoont. Hij bevindt zich op ongeveer 4500 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Sextans en draait om een andere ster. De afgelopen tien jaar heeft de pulsar actief materie aan zijn begeleider onttrokken. Deze materie hoopt zich op in een schijf rond de pulsar, van waaruit zij langzaam naar deze toe valt.

Vanaf het moment dat de opeenhoping van materie op gang kwam, verdween de rondzwiepende bundel bijna helemaal en begon de pulsar steeds tussen twee modes te switchen. In de ‘hoge’ modus zendt de pulsar heldere röntgenstraling, ultraviolet en zichtbaar licht uit, terwijl hij in de ‘lage’ modus zwakker is op deze golflengten en meer radiogolven uitzendt. De pulsar kan enkele seconden of minuten in elke modus blijven en dan binnen enkele seconden omschakelen naar de andere modus. Astronomen hadden tot nu toe geen verklaring voor dit raadselachtige gedrag.

‘Onze baanbrekende waarnemingscampagne om het gedrag van deze pulsar te begrijpen, werd uitgevoerd met twaalf geavanceerde telescopen op de grond en in de ruimte’, zegt Francesco Coti Zelati, onderzoeker aan het Institute of Space Sciences in Barcelona, Spanje, en mede-hoofdauteur van het onderzoeksartikel. Bij de campagne waren ESO’s Very Large Telescope (VLT) en New Technology Telescope (NTT) betrokken, die zichtbaar en nabij-infrarood licht detecteerden, evenals de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarin ESO partner is. In juni 2021 hebben ze gedurende twee nachten meer dan 280 omschakelingen tussen hoge en lage modus van het stersysteem geregistreerd.

‘We hebben ontdekt dat de modus-omschakeling voortkomt uit een ingewikkeld samenspel tussen de pulsarwind – een stroom van energierijke deeltjes die van de pulsar wegwaait – en materie die naar de pulsar toe stroomt,’ zegt Coti Zelati, die eveneens verbonden is aan INAF. 

In de lage modus wordt de materie die naar de pulsar toe stroomt uitgestoten in een smalle bundel die loodrecht op de schijf staat. Geleidelijk hoopt deze materie zich steeds dichter bij de pulsar op en komt daarbij in botsing met de wind die van de pulserende ster wegwaait, waardoor de materie wordt verhit. Het systeem bevindt zich dan in de hoge modus en is een heldere bron van röntgenstraling, ultraviolet-straling en zichtbaar licht. Uiteindelijk worden de klodders hete materie door de rondzwiepende bundel van de pulsar weggeblazen. Met minder hete materie in de schijf gloeit het stersysteem minder fel en schakelt het terug naar de lage modus.

Hoewel het mysterie van het vreemde gedrag van J1023 daarmee is opgelost, kunnen astronomen nog veel leren van dit unieke stersysteem, en de telescopen van ESO zullen hen blijven helpen bij het waarnemen van deze bijzondere pulsar. Met name ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die momenteel in Chili wordt gebouwd, zal meer inzicht kunnen geven in de omschakelingen van J1023. ‘Met de ELT kunnen we meer te weten komen over hoe de dichtheid, verdeling, dynamica en energiebalans van de instromende materie rond de pulsar door de modus-schakelingen worden beïnvloed,’ concludeert Sergio Campana, onderzoeksdirecteur bij het INAF Brera Observatorium en mede-auteur van het onderzoeksartikel.

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in een artikel dat in Astronomy & Astrophysics verschijnt (doi:10.1051/0004-6361/202346418).

Meer informatie

Het onderzoeksteam bestaat uit M.C. Baglio (Center for Astro, Particle, and Planetary Physics, New York University Abu Dhabi, VAE [NYU Abu Dhabi]; INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Italië [INAF Brera]), F. Coti Zelati (Institute of Space Sciences, Campus UAB, Barcelona, Spanje [ICE–CSIC]; Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Barcelona, Spanje [IEEC]; INAF Brera), S. Campana (INAF Brera), G. Busquet (Departament de Física Quànticai Astrofísica, Universitat de Barcelona, Spanje; Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Spanje; IEEC), P. D’Avanzo (INAF Brera), S. Giarratana (INAF – Istituto di Radioastronomia, Bologna, Italië [INAF Bologna]; Department of Physics and Astronomy, University of Bologna, Italië [Bologna]), M. Giroletti (INAF Bologna; Bologna), F. Ambrosino (INAF – Osservatorio Astronomico di Roma, Rome, Italië [INAF Roma]); INAF – Istituto Astrofisica Planetologia Spaziali, Rome, Italië; Sapienza Università di Roma, Rome, Italië), S.Crespi (NYU Abu Dhabi), A. Miraval Zanon (Agenzia Spaziale Italiana, Rome, Italië; INAF Roma), X. Hou (Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences, Kunming, China; Key Laboratory for the Structure and Evolution of Celestial Objects, Chinese Academy of Sciences, Kunming, China), D. Li (National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China; University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China; Research Center for Intelligent Computing Platforms, Zhejiang Laboratory, Hangzhou, China), J. Li (CAS Key Laboratory for Research in Galaxies and Cosmology, Department of Astronomy, University of Science and Technology of China, Hefei, China; School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China, Hefei, China), P. Wang (Institute for Frontiers in Astronomy and Astrophysics, Beijing Normal University, Beijing, China), D.M. Russell (NYU Abu Dhabi), D.F. Torres (INAF Brera; IEEC; Institució Catalana de Recercai Estudis Avançats, Barcelona, Spanje), K. Alabarta (NYU Abu Dhabi), P. Casella (INAF Roma), S. Covino (INAF Brera), D.M. Bramich (NYU Abu Dhabi; Division of Engineering, New York University Abu Dhabi, VAE), D. de Martino (INAF − Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Italië), M. Méndez (Kapteyn Instituut, Rijksuniversiteit Groningen), S.E. Motta (INAF Brera), A. Papitto (INAF Roma), P. Saikia (NYU Abu Dhabi) en F. Vincentelli (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spanje; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spanje).

De Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) stelt wetenschappers van over de hele wereld in staat om de geheimen van het heelal te ontdekken, ten bate van iedereen. Wij ontwerpen, bouwen en exploiteren observatoria van wereldklasse die door astronomen worden gebruikt om spannende vragen te beantwoorden en de fascinatie voor astronomie te verspreiden, en bevorderen internationale samenwerking op het gebied van de astronomie. ESO, in 1962 opgericht als intergouvernementele organisatie, wordt inmiddels gedragen door 16 lidstaten (België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland) en door het gastland Chili, met Australië als strategische partner. Het hoofdkwartier van de ESO en haar bezoekerscentrum en planetarium, de ESO Supernova, zijn gevestigd nabij München in Duitsland, maar onze telescopen staan opgesteld in de Chileense Atacama-woestijn – een prachtige plek met unieke omstandigheden voor het doen van hemelwaarnemingen. ESO exploiteert drie waarnemingslocaties: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope en Very Large Telescope Interferometer, evenals surveytelescopen zoals VISTA. Ook zal ESO op Paranal de Cherenkov Telescope Array South huisvesten en exploiteren – ’s werelds grootste en gevoeligste observatorium van gammastraling. Samen met internationale partners beheert ESO APEX en ALMA op Chajnantor, twee faciliteiten die de hemel waarnemen in het millimeter- en submillimetergebied. Op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwen wij ‘het grootste oog ter wereld’ – ESO’s Extremely Large Telescope. Vanuit onze kantoren in Santiago, Chili, ondersteunen wij onze activiteiten in het gastland en werken wij samen met Chileense partners en de Chileense samenleving. 

De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van ESO, de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) en de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan, in samenwerking met de Republiek Chili. ALMA wordt gefinancierd door ESO (namens haar lidstaten), door de NSF in samenwerking met de National Research Council of Canada (NRC) en de National Science Council of Taiwan (NSC), en door NINS in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). De bouw en het beheer van ALMA worden geleid door ESO (namens haar lidstaten); door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat namens Noord-Amerika wordt bestuurd door de Associated Universities, Inc. (AUI), en namens Oost-Azië door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).

Links

•          Onderzoeksartikel

•          Foto’s van de VLT

•          Foto’s van ALMA 

•          Foto’s van de NTT 

•          Lees meer over ESO’s Extremely Large Telescope 

•          Voor journalisten: abonneer je op onze persberichten in je eigen taal

•          Voor wetenschappers: heb je een verhaal? Promoot je onderzoek!

Contact

Maria Cristina Baglio
New York University Abu Dhabi and Italian National Institute for Astrophysics (INAF)
Abu Dhabi, United Arab Emirates
Tel: +97126287089
E-mail: mcb19@nyu.edu ; maria.baglio@inaf.it

Francesco Coti Zelati
Institute of Space Sciences
Barcelona, Spain
Tel: (+34) 937379788 430416
E-mail: cotizelati@ice.csic.es

Sergio Campana
INAF Brera Observatory
Merate, Italy
Tel: +39 02 72320418
E-mail: sergio.campana@brera.inaf.it

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Mobiel: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media