Natuur- en sterrenkundigen bedenken de gekste dingen bij hun pogingen om de kosmos beter te begrijpen. In deze rubriek elke maand een mooi voorbeeld. Ditmaal: hebben Chinese astronomen een nieuw type ster gevonden met een wel heel bijzonder hoofdbestanddeel?

Een neutronenster is al vreemd genoeg, zou je zeggen: meerdere zonnen aan massa, op elkaar gepropt in een balletje zo groot als een stad. Maar het kan misschien nóg vreemder. Natuur- en sterrenkundigen speculeren al decennialang over zogenoemde strange stars; sterren gemaakt van een goedje dat we in het dagelijks leven nooit zullen tegenkomen. En nu denken Chinese wetenschappers daadwerkelijk tekenen van zo’n ster te hebben gezien. Andere astronomen hebben daar alleen nog zo hun twijfels bij.

Meer van Far Out:

• Natuurkundigen: met een warp drive zou je door een zwart gat kunnen vliegen
• Waren er vlak na de oerknal zwarte gaten met een kleurtje?

Hutjemutje

Een neutronenster is eigenlijk niet echt een ster. In plaats daarvan heb je te maken met het overblijfsel van een zware ster die al zijn brandstof erdoorheen heeft gejaagd en daardoor in zijn binnenste geen energie meer kan opwekken. Zo’n ster explodeert dan eerst als supernova, waarna de materie die daarbij níét de ruimte in is geslingerd onder invloed van de zwaartekracht samentrekt.

Bij een heel zware ster is er vervolgens niets wat die instorting nog kan tegenhouden. In dat geval houd je een zwart gat over. Maar bij de wat lichtere sterren gebeurt er iets anders. Net als jij en ik en alles om ons heen bestaan sterren in de basis uit atoomkernen van positief geladen protonen en neutrale neutronen, omringd door negatief geladen elektronen. Druk je die atomen maar hard genoeg op elkaar, dan worden de elektronen en protonen op een gegeven moment samengeperst tot neutronen. Je houdt dan een supercompacte bol over van niets dan neutronen, die hutjemutje tegen elkaar aan staan. Als zo’n bol maar niet boven een bepaalde maximale massa uitkomt, is dat een stabiele eindtoestand. De zwaartekracht is dan niet sterk genoeg om hem nóg verder samen te drukken.

Tenminste, dat is de simpelste versie. Het zou kunnen, zegt Anna Watts, hoogleraar astrofysica aan de Universiteit van Amsterdam (en niet betrokken bij de Chinese studie), dat er ‘vreemde materie’ ontstaat in het binnenste van zo’n neutronenster. Wat voor soort materie dat is? Nou, protonen en neutronen zijn allebei gemaakt van twee soorten kleinere deeltjes: zogenoemde up-quarks en down-quarks. Maar er zijn nog vier zwaardere quarks: strange, charm, bottom en top. En er zijn redenen om aan te nemen dat er onder de extreme omstandigheden in een neutronenster ook wat strange-quarks op zullen duiken. “Dat is zeker een idee dat binnen de sterrenkunde serieus wordt genomen”, zegt Watts. “Mijn eigen onderzoeksgroep houdt zich daar ook mee bezig.”

Quarks met een korstje

De vraag is vervolgens in welke vorm je die strange-quarks terugvindt in zo’n neutronenster. Eén mogelijkheid is dat zo’n neutronenster ook af en toe een neutron-achtig deeltje bevat waarin één van de ‘gewone’ quarks is vervangen door een strange-quark. Maar het binnenste van een neutronenster kan ook bestaan uit een soepje van afzonderlijke up-, down- en strange-quarks. Een gekke toestand, want normaal gesproken kom je in de natuur geen losse quarks tegen; die zitten altijd met meerdere opgesloten in grotere deeltjes zoals protonen en neutronen.

In hun artikel voeren sterrenkundige Xiao Tian van de Guangxi-universiteit in het Chinese Nanning en zijn collega’s bewijsmateriaal op voor wat Watts een “extremer geval” van dat laatste scenario noemt: een volwaardige strange star. “Daarbij bestaat de ster vrijwel volledig uit losse quarks, met maar een heel dun korstje eromheen.”

Tian en zijn team denken tekenen van zo’n vreemde ster te zien in GRB 240529A. Deze gammaflits – een felle uitbarsting van gammastraling – werd in het voorjaar van 2024 waargenomen met twee ruimtetelescopen: het Neil Gehrels Swift Observatory van de NASA en de Chinese Hard X-ray Modulation Telescope. En uit hoe de helderheid van die flits varieert met het verloop van de tijd leiden de Chinezen een heel scenario af.

Het eerste deel van de flits zou zijn veroorzaakt door een ster die instort tot een net iets te zware, rap rondtollende neutronenster. Vervolgens zou in het binnenste van die neutronenster een beetje vreemde materie zijn ontstaan, oftewel: zo’n soepje van up-, down- en strange-quarks. Daarna zou in korte tijd vrijwel de héle neutronenster in dat soort materie zijn veranderd, waarbij opnieuw gammastraling vrijkwam. Ook het afkoelen en steeds langzamer draaien van de ontstane vreemde ster zou in de gammaflits terug te zien zijn.

Exotische verklaring

Is dat ook echt wat er gebeurde? Daar heeft Alexander van der Horst, astrofysicus aan de George Washington-universiteit in de VS, zijn twijfels bij. “Het is een aardig idee, maar het is niet de enige manier waarop je deze waarnemingen kunt verklaren.” Gebruikelijker is het om aan te nemen dat er uit zo’n te zware neutronenster een zwart gat ontstaat, vervolgt hij. “Mij is niet helemaal duidelijk waarom in dit geval een strange star meer voor de hand zou liggen. Voor zo’n exotische verklaring is meer bewijs nodig.”

Watts sluit zich daarbij aan en merkt daarbij op: “Áls vreemde sterren echt bestaan, zouden we daar ook ander bewijs voor moeten zien.” Zo zou een ster die vrijwel geheel uit ‘quarksoep’ bestaat kleiner moeten zijn dan een neutronenster met dezelfde massa – maar zo’n afwijkend object is nog nooit waargenomen. Wel zijn er eerder claims van astronomen geweest die dáchten een vreemde ster te hebben gezien, maar die zijn volgens Watts allemaal niet overeind gebleven.

De vraag is nu dus of Tian en collega’s eindelijk wel beet hebben, of dat ook hun vreemde ster in werkelijkheid een stuk gewoner is. Voor zover je een neutronenster ooit gewoon kunt noemen, natuurlijk.

Deze Far Out staat ook in KIJK 5-2025.

Openingsbeeld: NASA