211service.com
Pulsars zijn gigantische permanente magneten, zeggen natuurkundigen
Pulsar behoren tot de meest exotische dingen in het heelal. Deze objecten zijn roterende neutronensterren die straling uitzenden vanaf hun magnetische polen. Ze lijken te pulseren omdat de magnetische as niet is uitgelijnd met de rotatie-as, dus de pool komt in en uit het zicht als de neutronenster draait.
Maar pulsars zijn ook puzzels. De conventionele opvatting is dat hun magnetische veld voortkomt uit de beweging van geladen deeltjes terwijl ze roteren. Deze geladen deeltjes zouden zich als een superfluïde moeten gedragen en zouden dus uiteindelijk uitgelijnd moeten worden met de rotatie-as. Dat is sindsdien duidelijk niet het geval.
Bovendien zijn dit soort superfluïde stromen waarschijnlijk zeer onstabiel en veroorzaken ze schommelingen in het magnetische veld. Maar pulsars staan erom bekend verbazingwekkend stabiel te zijn. Hoe kan dit?
Een ander probleem is hoe pulsars terechtkomen in magnetische velden die zo sterk zijn. De conventionele opvatting is dat het instortingsproces tijdens een supernova op de een of andere manier het veld van de oorspronkelijke ster concentreert. Een ster verliest echter veel van zijn materiaal wanneer hij als een supernova explodeert en dit neemt vermoedelijk ook een groot deel van zijn magnetische veld mee. Maar sommige pulsars hebben velden zo hoog als 10^12 Tesla, veel meer dan door dit proces kan worden verklaard.
Vandaag suggereren Johan Hansson en Anna Ponga van de Lulea University of Technology in Zweden een slimme uitweg uit dit raadsel. Ze wijzen erop dat er een andere manier is om magnetische velden te vormen, anders dan de beweging van geladen deeltjes. Dit andere proces is door de uitlijning van de magnetische velden van de componenten van het lichaam, dat is hoe ferromagneten worden gevormd.
Hun suggestie is dat wanneer een neutronenster wordt gevormd, de magnetische momenten van de neutronen worden uitgelijnd omdat dit de laagste energieconfiguratie is van de kernkrachten ertussen. Wanneer deze uitlijning plaatsvindt, wordt een krachtig magnetisch veld effectief op zijn plaats bevroren.
Dit maakt neutronensterren gigantische permanente magneten. Hansson en Ponga noemen ze neutromagneten.
Een neutromagneet zou enorm stabiel zijn, net als een permanente ferromagneet. Het veld zou waarschijnlijk uitgelijnd zijn met het oorspronkelijke veld van de ster, dat, hoewel veel zwakker, als een zaadje fungeert wanneer het veld zich vormt. Het is veelbetekenend dat dit niet in dezelfde richting hoeft te zijn als de spin-as.
Omdat neutronensterren allemaal ongeveer dezelfde massa hebben, kunnen Hansson en Ponga bovendien de maximale sterkte berekenen van de velden die ze zouden moeten genereren. Dit aantal blijkt ongeveer 10^12 Tesla's te zijn, precies de waarde die wordt waargenomen in de velden met de hoogste sterkte rond neutronensterren.
Dat lost meteen een aantal van de openstaande puzzels over pulsars op een opmerkelijk eenvoudige manier op.
De theorie is ook toetsbaar. Het voorspelt dat neutronensterren geen magnetische velden kunnen hebben die groter zijn dan 10^12 Tesla. Dus de ontdekking van een neutronenster met een sterker veld zou het onmiddellijk overrompelen.
Maar het idee roept ook eigen vragen op. Niet in de laatste plaats is of het zelfs mogelijk is dat magnetische neutronenmomenten worden uitgelijnd op de manier waarop Hansson en Ponga suggereren. Het Pauli-uitsluitingsprincipe lijkt op het eerste gezicht de mogelijkheid uit te sluiten dat neutronen op deze manier worden uitgelijnd.
Maar Hansson en Ponga wijzen op laboratoriumexperimenten die suggereren dat kernspins geordend kunnen worden, zoals ferromagneten. Men moet niet vergeten dat de kernfysica bij deze extreme omstandigheden en dichtheden niet a priori bekend is, dus verschillende onverwachte eigenschappen (zoals neutromagnetisme) kunnen van toepassing zijn, zeggen ze.
Hansson en Ponga zijn de eersten die zeggen dat hun idee speculatief is. Hoe het ook zij, het heeft ook een zekere elegantie en verklarende kracht die het de moeite waard maken om in aanzienlijk meer detail te onderzoeken.
Referentie: arxiv.org/abs/1111.3434 : Pulsars: Kosmische Permanente ‘Neutromagneten’?