7.4 Röntgendubbelsterren

Een van de situaties waarin zich accretie op zwarte gaten en neutronensterren kan voordoen is wanneer ze zich bevinden in een baan om een gewone ster. Ze vormen dan dus met deze gewone ster een dubbelster. Als de baan nauw genoeg is, zal er gas uit de atmosfeer van de gewone ster overstromen naar het compacte object en accreteren. Het zal uiteindelijk op het oppervlak van de neutronenster of in het zwarte gat terecht komen (Fig. 69). Bij dit proces wordt röntgenstraling uitgezonden. Dit soort dubbelsterren bestaande uit een gewone ster en een compact object heten daarom röntgendubbelsterren (X-ray binaries). Er zijn een paar honderd röntgendubbelsterren bekend.

Figuur 69: Röntgendubbelster. De gewone ster (rechts) is vervormd door de zwaartekracht van de nabije compacte ster, die zich in het midden van de accretieschijf (links) bevindt. Gas uit de atmosfeer van de ster stroomt richting compacte ster en voedt de schijf.

Het impulsmoment dat het gas heeft ten gevolge van de baanbeweging van de gewone ster rondom het compacte object verhindert dat het gas zonder meer op het compacte object neervalt. Het vormt eerst een platte roterende schijf met het compacte object in het centrum, de accretieschijf. In de accretieschijf wordt impulsmoment naar buiten afgevoerd, zodat de materie naar binnen kan spiraleren en uiteindelijk op het compact object kan neervallen. (Dit lijkt dus wel wat op een protoplanetaire schijf, maar het verschil is dat hier bijna alle massa in het centrum van de schijf is geconcentreerd.) Zoals we in §7.3 zagen kan bij dit proces bij neutronensterren 20% van de rustmassa-energie $mc^2$ van de accreterende materie in de vorm van röntgenstraling vrijkomen. Bij zwarte gaten is het mogelijk dat bijna alle energie in het gat verdwijnt, en soms lijkt dit in de waarnemingen ook zo te zijn, maar door de hitte die ten gevolge van de wrijving in de accretieschijf optreedt kan in dit geval 6 tot zelfs meer dan 40% van $mc^2$ worden uitgestraald, weer meest in de vorm van röntgenstraling. De hoeveelheid materie die op het compacte object valt kan zo'n $10^{-8}$ M$_\odot$/jaar zijn.

Opgave. Hoeveel straling zal dit in het geval van een neutronenster opleveren? Vergelijk dit met de lichtsterkte van de zon, 3.8 $10^{26}$ Watt.

Deze enorme hoeveelheid straling is tot op grote afstand waarneembaar (met behulp van satellieten, aangezien de aardatmosfeer ondoorlaatbaar is voor röntgenstraling) en vormt een van de beste manieren om compacte objecten op te sporen.

Er zijn momenteel 4 belangrijke röntgensatellieten actief waarmee röntgendubbelsterren worden waargenomen: de grote observatoria XMM-Newton van de ESA (X-ray Multiple Mirror; gelanceerd met de Ariane 5 op 10 december 1999), en Chandra van de NASA (op 23 juli 1999 met de Shuttle gelanceerd), de Italiaans-Nederlandse Beppo SAX (Satellite per Astronomia X, gelanceerd 30 april 1996), en de RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer, 31 december 1995) van de NASA.


Figuur 70: Röntgensatelliet Exosat.


[INDEX]