XRISM meet gas dat met 540.000 kilometer per uur naar een neutronenster valt

Rond een neutronenster is vallen geen rustige beweging. Gas wordt verhit, versneld en uiteengereten in een zwaartekrachtsveld waarin meer dan de massa van de zon is samengeperst tot een bol van ongeveer twintig kilometer. Toch kunnen astronomen die beweging meten zonder het gas als afzonderlijke sliert te zien.

De Japanse röntgenmissie XRISM deed dat bij GX 301-2, de compacte helft van het dubbelstersysteem BP Crucis. In het röntgenspectrum versprongen absorptielijnen van sterk geïoniseerd ijzer. Uit die verschuiving leidde het onderzoeksteam af dat plasma met ongeveer 540.000 kilometer per uur naar de neutronenster bewoog.

Een reuzenster en een extreem compacte buur

BP Crucis staat op ongeveer 13.000 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Zuiderkruis. De zichtbare ster, Wray 977, is een blauwe hyperreus met naar schatting veertig keer de massa en zestig keer de omvang van de zon. De ster blaast voortdurend geïoniseerd gas de ruimte in.

GX 301-2 draait daar in 41,5 dagen omheen. Het object roteert zelf eens per elf minuten en stuurt daarbij een röntgenbundel langs de aarde, waardoor het als pulsar wordt waargenomen. Op twee plaatsen in zijn baan wordt het systeem tijdelijk veel helderder in röntgenlicht.

IJzer werkt als snelheidsmeter

XRISM keek op 1 februari 2025 ongeveer zestien uur naar het systeem, nabij het einde van een sterke uitbarsting. Het Resolve-instrument splitst röntgenlicht zeer nauwkeurig op in energie. Atomen en ionen laten daarin karakteristieke lijnen achter, vergelijkbaar met een chemische vingerafdruk.

De ijzerlijnen lagen bij lagere energie dan in het laboratorium. Zo’n roodverschuiving betekent hier dat het absorberende gas zich van de waarnemer af beweegt. Omdat de neutronenster achter dat gas ligt, wijst de richting op plasma dat naar het compacte object stroomt. De grootte van de verschuiving leverde de snelheid van ongeveer 540.000 kilometer per uur op.

Dat is een spectroscopische waarneming: de beweging staat in het licht gecodeerd. XRISM maakte geen ruimtelijke foto waarop een gasstraal naar de neutronenster zichtbaar is.

Van meting naar model

Het team denkt dat de pulsar tijdens zijn passage door een dichte gasstroom eerst een rommelige accretieschijf vormt. Die schijf zou later uiteenvallen, waarna gas directer naar de neutronenster valt. Tegen het einde zou kort een nieuwe schijf met een omgekeerde draairichting kunnen ontstaan.

De veranderende lijnen passen bij dat scenario, maar de schijfvorm en draairichting zijn interpretaties van spectra en modellen. Eén observatie van één dubbelstersysteem kan nog niet aantonen dat windgevoede pulsars in het algemeen hetzelfde patroon volgen. Nieuwe metingen op andere momenten in de baan zijn nodig om de fasen te testen.

Nederlandse techniek in Resolve

De Nederlandse betrokkenheid zit in het instrument zelf. SRON en de Universiteit van Genève bouwden het filterwiel en bijbehorende kalibratiesysteem voor Resolve. Het wiel kan filters voor de detector plaatsen en bevat bronnen om de energiemeting in de ruimte te controleren.

Die bijdrage maakt Nederland deel van de internationale meetinfrastructuur. Ze betekent niet dat SRON de nu gepubliceerde analyse van BP Crucis leidde; het onderzoeksteam omvat wetenschappers van onder meer UMBC en NASA Goddard. XRISM wordt geleid door JAXA, met bijdragen van NASA en ESA.

Het wetenschappelijke belang ligt vooral in de directe snelheidsinformatie. Modellen van neutronensterren die gas uit een sterrenwind vangen, konden tot nu toe moeilijk worden getoetst dicht bij het compacte object. De scherpe spectra geven daar nu een nieuwe meetlat voor—met de kanttekening dat de ruimtelijke structuur nog uit indirect bewijs wordt gereconstrueerd.

Bronnen

• Science Advances: peer-reviewed onderzoek
• NASA: XRISM-observatie van BP Crucis
• SRON: Nederlandse bijdrage aan XRISM