Een nieuwe theoretische studie presenteert een pad voor het detecteren van snel roterende stellaire kernen – geboren in de nasleep van een supernova – door middel van waarnemingen op radiogolflengten. De uitkomst maakt de weg vrij voor toekomstige radiowaarnemingen om inzicht te krijgen in de nog steeds mysterieuze processen die ten grondslag liggen aan de vorming en evolutie van neutronensterren en zwarte gaten.

Er wordt aangenomen dat magnetars, de hoogst gemagnetiseerde neutronensterren waarvan we weten dat ze bestaan, ontstaan ​​uit snel roterende sterkernen. Wanneer een massieve ster zijn nucleaire brandstof opraakt, explodeert hij als een supernova. Als de ster een voldoende snelle rotatie heeft, kan de achtergebleven kern de cataclysmische gebeurtenis overleven. Er wordt verwacht dat zo'n stellair overblijfsel zal worden geboren met sterke magnetische velden, dankzij het behoud van het impulsmoment van de ster tijdens de ineenstorting.

"Het bestuderen van magnetars stelt ons in staat inzicht te krijgen in het supernovamechanisme en de fundamentele fysica die verband houdt met deze compacte objecten en de extreme omgevingen eromheen", zegt hoofdauteur van het onderzoek Dr. Yuichiro Sekiguchi van RIKEN Interdisciplinaire Theoretische en Wiskundige Wetenschappen (iTHEMS). "Maar het vormingsscenario van deze intrigerende astrofysische objecten blijft onduidelijk, deels vanwege een gebrek aan direct observationeel bewijs."

Neutronensterren zijn notoir moeilijk waar te nemen. Ze zenden straling uit over een breed spectrum van golflengten, waardoor ze een uitdagend doelwit zijn voor telescopen die voor specifieke golflengten zijn ontworpen. Onder de verschillende golflengtebanden bieden radiogolven een veelbelovend hulpmiddel voor het onthullen van magnetar-eigenschappen, vooral door hun radiopulsaties - periodieke emissie van radiogolven die verschijnen als snel flitsen.

De huidige studie concentreerde zich op een specifiek type radiopulsatie, bekend als 'vrije precessie', dat wordt waargenomen als kleine periodieke verschuivingen in de aankomsttijden van radiogolven van pulsars. ‘Als dit fenomeen wordt gedetecteerd, kan het rechtstreeks de rotatiesnelheid en de interne structuur van de neutronenster onderzoeken’, legt Sekiguchi uit.

De onderzoekers simuleerden radiogolven van de vrije precessie van magnetars geboren in verschillende supernovamodellen, waarbij ze rekening hielden met de effecten van zowel de rotatiesnelheid als de magnetische veldsterkte.

Ze laten zien dat de vrije precessiesignatuur duidelijker wordt bij lagere radiofrequenties, zoals waargenomen met de Low-Frequency Array (LOFAR) radiotelescoop in Nederland. Bovendien hangt het verwachte radiosignaal af van de rotatiesnelheid van de neutronenster:langzamer roterende neutronensterren hebben de neiging een duidelijker signaal te vertonen vergeleken met snel roterende neutronensterren.

De onderzoekers hopen dat hun bevindingen zullen bijdragen aan de voortdurende observatie-inspanningen met behulp van LOFAR en de weg zullen bereiden voor toekomstige radiowaarnemingen. In het bijzonder heeft het lopende LOFAR Supernova Key Project tot doel de eigenschappen te onthullen van magnetars die zijn voortgekomen uit snel roterende massieve voorlopers.

"Het combineren van observaties met meerdere golflengten en theoretische modellen zal ons dichter bij het ontrafelen van de mysteries van deze raadselachtige overblijfselen brengen", besluit Sekiguchi.