Astronomen voorzien maandag sterbeving

Maandag rond 21:00 uur zal zich een beving voordoen op een ster in de Magelhaense Wolk, een begeleider van ons melkwegstelsel.

Seismologen mogen jaloers zijn op astronomen. Terwijl de eersten na tientallen jaren onderzoek nog steeds niet in staat zijn een aardbeving met enige zekerheid te voorspellen, zijn sterrenkundigen al zo ver dat zij het tijdstip van een sterbeving tot op enkele dagen nauwkeurig berekenen. Dat tonen de astronoom John Middleditch en zijn collega’s, van het Los Alamos National Laboratory in de VS aan in een artikel dat binnenkort verschijnt in het Astrophysical Journal. De onderzoekers wachten nu met spanning op een sterbeving die zij voor aanstaande maandag, de avond van 7 augustus hebben voorspeld.

De betreffende ster staat op een afstand van ongeveer 170.000 lichtjaar in de Grote Magelhaense Wolk, een begeleider van ons melkwegstelsel. Het is geen gewone ster zoals de zon, maar een neutronenster genaamd PSR J0537-6910. Het object is het centrale overblijfsel van een zware ster die zichzelf vier- tot vijfduizend jaar geleden opblies. Het restant heeft een diameter van slechts 24 kilometer, maar daarin is anderhalve zonmassa aan materie samengeperst. Dat is alleen mogelijk doordat de oorspronkelijke stermaterie tijdens het ontstaan van dit object in een soort supervloeibare ‘neutronenjam’ is veranderd.

De neutronenster zendt röntgenstraling uit. Doordat de ster 62 maal per seconde om zijn as tolt, fluctueert die straling: PSR J0537-6910 is een röntgenpulsar. Middleditch en zijn collega’s hebben de ster zeven jaar lang gevolgd met de Rossi X-ray Timing Explorer, een Amerikaanse satelliet die dit soort röntgenpulsars bestudeert.

In die periode nam de rotatie van de ster – als gevolg van elektromagnetische wisselwerking met zijn omgeving – heel langzaam af. Ook waren er 22 kortstondige versnellingen van de aswenteling, gevolgd door een geleidelijke terugkeer naar de normale frequentie. Deze glitches hangen samen met de gelaagde bouw van de neutronenster. Terwijl zijn vaste ‘korst’ wordt afgeremd, blijft zijn supervloeibare inwendige in hetzelfde tempo doordraaien. Soms ontstaat echter een koppeling tussen het inwendige en de korst en wordt deze laatste kortstondig meegesleurd. Dat leidt tot vervormingen, breuken en verschuivingen – ofwel tot een beving die veel weg heeft van een beving in de korst van onze planeet.

Uit Rossi’s metingen blijkt dat tijdens zo’n sterbeving de frequentie van de neutronenster – die 62 hertz bedraagt (62 omwentelingen per seconde) binnen twee minuten met 9 tot 42 microhertz toeneemt.

Dit betekent dat het contact tussen het inwendige en de korst in die tijd toeneemt van nul tot maximaal. De korst van de neutronenster verplaatst zich in twee minuten over een afstand van één tot vijf centimeter ten opzichte van het supervloeibare inwendige. Na deze verplaatsing draait de korst weer even snel als het inwendige.

Vergeleken met de verschuivingen tijdens een beving op aarde stelt een verschuiving van enkele centimeters weinig voor. Maar doordat de korst van een neutronenster een ongelooflijk hoge dichtheid heeft (1014 maal die van de aardkorst) en het gravitatieveld er verpletterend sterk is, vertegenwoordigt zo’n geringe beweging toch een enorme hoeveelheid energie. Sterbevingen zijn een biljard (1015) maal zo krachtig als de aardbeving die op 17 juli de zuidkust van Java trof. Ze zijn op de (verlengde) schaal van Richter van magnitude 18.

De bevingen op PSR J0537 treden met tussenpozen van ongeveer één tot negen maanden op. Iedere beving wordt voorafgegaan door microglitches (microbevingen) waarbij de korst slechts een fractie van een millimeter verschuift. Opmerkelijk is dat er een eenvoudig, lineair verband bestaat tussen de tijdelijke toename van de aswenteling (de ‘glitch’) en de tijd die verstrijkt tot de volgende beving. Hoe krachtiger een beving, hoe langer de volgende op zich laat wachten. Dit verband moet samenhangen met de opslag en overdracht van rotatie-energie in het grensvlak tussen het inwendige en de korst van de ster, maar wat zich in dit grensvlak precies afspeelt is onbekend.

Op grond van dit lineaire verband, dat de onderzoekers in de afgelopen jaren steeds nauwkeuriger bepaalden, kunnen de bevingen op deze neutronenster nu tot op enkele dagen nauwkeurig worden voorspeld. Ook bij aardbevingen bestaat de tendens dat zwaardere bevingen met langere tussenpozen plaatsvinden dan lichtere, maar die tendens heeft vrijwel geen enkele voorspellende waarde. Dit komt enerzijds doordat tussen zware bevingen door allerlei bevingen van lichtere aard plaatsvinden en anderzijds doordat de aardkorst veel ‘ingewikkelder’ in elkaar zit dan de korst van een neutronenster, die hoofdzakelijk uit de opeengepakte kernen van ijzeratomen bestaat.

Middleditch bericht desgevraagd dat de eerstvolgende beving nu op 7 augustus wordt verwacht en wel rond 21 uur (Nederlandse tijd). De Rossi-satelliet staat weer in de startblokken om de beving te registreren.

De astronomen hopen via het onderzoek aan deze sterbevingen meer te weten te komen over de toestand van de exotische materie in neutronensterren – en over de oorzaak van de wetmatigheid in het optreden van deze sterbevingen.