We weten misschien waarom magnetars een magnetisch veld hebben dat 100.000 miljard keer sterker is dan dat van de aarde

Pas in 1932 ontdekte de Britse natuurkundige James Chadwick het neutron. Na hem heeft Werner Heisenberg, een van de ontdekkers van de kwantummechanica, het moderne nucleaire model van atomen bestaande uit neutronen en protonen voorgesteld en ontwikkeld. In 1934 was het de Italiaanse natuurkundige Enrico Fermi’s beurt om ons begrip van de kern te vergroten door een theorie van bèta-radioactiviteit voor te stellen die het bestaan ​​van het deeltje in de jaren dertig voorstelde door Wolfgang Pauli, een andere grote naam in de kwantumtheorie, om de wet van behoud van energie bij bepaalde kernreacties.

Volgens de Fermi-theorie wordt, wanneer een neutron door bèta-radioactiviteit vervalt door in een proton te veranderen, niet alleen een elektron uitgezonden, maar ook een neutrino, of liever het antideeltje ervan. We kunnen ook een omgekeerd proces afleiden waarbij een proton en een elektron samen een neutron en een neutrino vormen.

1934 is ook het jaar waarin de Amerikaanse astrofysici Fritz Zwicky en Walter Baade begrepen dat type II supernova’s gigantische explosies zijn van door zwaartekracht ineenstortende sterren, gebruikmakend van het fenomeen beschreven door de Fermi-theorie van de vorming van neutronensterren.

Wat is een neutronenster? Wat is het verschil tussen deze sterren en onze zon? Roland Lehoucq, een astrofysicus bij CEA, laat ons zien dat neutronensterren heel weinig zichtbaar licht uitzenden, in tegenstelling tot onze zon. Ook zijn neutronensterren kleiner dan de zon: een neutronenster heeft een diameter van tussen de 10 en 15 kilometer, vergeleken met 1,4 miljoen kilometer voor de zon. Het zijn ook compacte objecten die een grote hoeveelheid materiaal bevatten in een heel klein volume. Door deze sterren te bestuderen, kunnen theorieën over kernfysica op een andere schaal worden getest. Video gecoproduceerd met L’Esprit Sorcier. © CEA-onderzoek

Neutronensterren ontstaan ​​door supernovae

In 1939 zou Robert Oppenheimer deze hypothese theoretisch nauw bestuderen met de in Rusland geboren Canadese promovendus George Volkov. De twee mannen zullen dan de eerste gedetailleerde theoretische beschrijving geven van de vorming van neutronensterren. Maar pas in 1967 werd Jocelyn Bell ontdekt in de vorm van een pulsar.

Later zal de neutronenster-saga een nieuw hoofdstuk openen met de ontdekking van magnetars, dit zijn neutronensterren met een magnetisch veld van hoge intensiteit, dat het toch al exotische veld van klassieke neutronensterren overtreft.

Sindsdien hebben astrofysici geprobeerd de oorsprong van magnetars te begrijpen, en een fascinerend pad is geopend dankzij onderzoekers met vele telescopen over de hele wereld, waaronder de European Southern Observatory (ESO). Zoals beschreven in een bericht op wetenschapAstrofysici hebben een enorme heliumster ontdekt die al een sterk magnetisch veld heeft, een magnetisch veld dat alleen kan worden versterkt door het instorten van de kern van die ster tijdens een supernova-explosie.

De explosie van zeer massieve sterren in gravitationele supernovae verrijkt het interstellaire medium met chemische elementen gesynthetiseerd door kernfusie, terwijl er een neutronenster of zwart gat ontstaat door het instorten van de kern van de ster. De overgang tussen het instorten van de kern en het uitstoten van de interstellaire omhulling vormt een uitdaging voor het theoretische begrip van supernova’s. Een hydraulisch experiment ontworpen en geïmplementeerd bij CEA maakte het mogelijk om naar analogie een van de fenomenen van hydrodynamische instabiliteit te reproduceren die ontploffing mogelijk maken. Deze experimentele benadering is complementair aan numerieke simulaties. Bekijk deze animatie-ervaring. Deze animatiefilm is gecoproduceerd en gefinancierd door CEA en ERC, en geregisseerd door Studio Animea. Wetenschappelijk en technisch ontwerp: T. Foglizzo, J. Guilet, G. Durand (CEA). © CEA-onderzoek

Een magnetisch veld van 100.000 miljard gauss

Er is inderdaad een wet (geëxtraheerd uit de vergelijkingen van Maxwell, zie dit onderwerp de les van Feynman), behoud van magnetische flux, wat betekent dat het product van het oppervlak van de ster en de intensiteit van de magnetische velden langs de veldlijnen die dat oppervlak doorkruisen constant is. Als het oppervlak van de ster door instorting wordt verlaagd, zouden de magnetische velden die uit dat oppervlak komen intenser moeten worden.

In de ESO-verklaring die bij de ontdekking is gevoegd, staat dat niets minder dan de ontdekking van een nieuw type astronomisch object – massieve heliummagnetars – lijkt te hebben plaatsgevonden. Verrassend genoeg wisten en merkten we dit eerste voorbeeld een eeuw geleden op, het was voor onze neus, maar we begrijpen nog niet de aard van de ster HD 45166, die zich ongeveer 3000 lichtjaar van het zonnestelsel bevindt, in de sterrenbeeld Eenhoorn.

Tomer Schnar, een astronoom aan de Universiteit van Amsterdam in Nederland, was de eerste die begon te geloven dat het soms raadselachtige gedrag van deze ster, tweemaal de massa van de zon, en onderdeel van een dubbelster, misschien verklaard zou kunnen worden als een veel sterker magnetisch veld dan eerder werd gedacht. . Met collega’s, zoals Greg Wade, die gespecialiseerd is in de magnetische velden van sterren in Koninklijke Canadese Militaire Universiteitwilde het zeker weten met behulp van metingen van de telescopen van Canada, Frankrijk en Hawaï en archiefgegevens verkregen met het Feros-instrument. (vezelgevoede optische spectrometer met groot bereik) Bij ESO’s La Silla-sterrenwacht in Chili.

Het blijkt dat HD 45166 de grootste magnetar is die tot nu toe is ontdekt met een gemiddelde magnetische veldsterkte van 43.000 gauss. Ter vergelijking: de gemiddelde waarde van het aardmagnetisch veld is ongeveer 0,5 gauss.

Berekeningen laten vervolgens zien dat door ineenstorting tot een neutronenster de magnetische veldsterkte zou toenemen tot 100.000 miljard gauss, precies een orde van grootte van het veld van de magnetische ster.

Met behulp van vele telescopen over de hele wereld, waaronder faciliteiten van de European Southern Observatory (ESO), hebben onderzoekers een levende ster ontdekt die een magnetar zou kunnen worden, een dode supermagnetoster. Deze video vat de ontdekking samen. Voor een min of meer accurate Franse vertaling, klik op de witte rechthoek rechtsonder. De Engelse vertaling zou dan moeten verschijnen. Klik vervolgens op de moer rechts van de rechthoek, klik vervolgens op Ondertitels en ten slotte op Ondertiteling automatisch. Kies “Frans”. ©

Een heliumkern van Wolf-Rayet

HD 45166 gedraagt ​​zich als de overwegend heliumkern van een veel grotere ster waarvan het omhulsel is verscheurd. Maar er zijn verschillende argumenten tegen deze interpretatie. Het lijkt waarschijnlijk dat de ster het resultaat is van de evolutie van de complexe fusie van twee aanvankelijk massievere standaardsterren. Er kan worden aangetoond dat we dan een ster van het waargenomen Wolf-Rayet-type krijgen en dit verklaart de vorming van zijn intense magnetische veld. Gewoonlijk heeft een WR-ster enkele tientallen zonsmassa’s, en alleen gewone sterren met minstens 8 tot 10 zonsmassa’s kunnen neutronensterren worden, maar de evolutie en stellaire structuur zijn anders en niet standaard voor deze ster. Helium van slechts ongeveer 2 zonne massa’s.