Een neutronenster is de ingestorte kern van een zware ster die als supernova is geëxplodeerd. Dat is de explosie waarmee het leven van sommige grote sterren eindigt. Een neutronenster bevat meer massa dan de Zon, samengeperst in een bol van ongeveer 24–26 kilometer breed. Die breedte is de diameter, gemeten dwars door het middelpunt.

Grootte

Wetenschappers denken dat een neutronenster een vaste korst van zware atomen heeft, onder een dunne atmosfeer van waterstof of helium. Daardoor heeft de ster een oppervlak waarvan de grootte kan worden gemeten. Nauwkeurige metingen komen van NICER, een röntgentelescoop op het Internationaal Ruimtestation.

NICER bestudeert pulsars: neutronensterren die snel om hun as draaien. Met de gegevens van NICER stelden astronomen vast dat de pulsar PSR J0030+0451 ongeveer 26 kilometer breed is en ongeveer 1,4 keer de massa van de Zon heeft. PSR J0740+6620, met ongeveer 2,1 keer de massa van de Zon, werd in de analyse van het ene team gemeten op ongeveer 25 kilometer breed en in die van een ander team op ongeveer 27 kilometer. In 2024 werd een derde pulsar, PSR J0437−4715, gemeten op ongeveer 23 kilometer breed.

Elk van deze resultaten heeft een onzekerheid van een paar kilometer. Door de resultaten voor de eerste twee pulsars te combineren met andere waarnemingen, stelde een team in 2021 vast dat een typische neutronenster, met 1,4 keer de massa van de Zon, een straal heeft van 12,45 kilometer, plus of min 0,65. Dat maakt de ster ongeveer 24–26 kilometer breed.

Groottevergelijkingen

• NASA vergelijkt de breedte van een neutronenster met de lengte van het eiland Manhattan in New York City.
• Eén keer rond de evenaar van een neutronenster van 24 kilometer breed rennen zou ongeveer 75 kilometer beslaan, de lengte van ongeveer 1,8 marathons.
• Phobos, de grotere van de twee manen van Mars, is ongeveer 27 kilometer lang, iets meer dan de breedte van een neutronenster. Toch heeft een typische neutronenster ongeveer 260 biljoen keer de massa van Phobos.
• De Zon is ongeveer 1,39 miljoen kilometer breed, 58.000 keer de breedte van een neutronenster van 24 kilometer.
• Als een neutronenster werd verkleind tot de grootte van een basketbal, zou de Zon op dezelfde schaal een bol van ongeveer 14 kilometer breed zijn.

Hoe een neutronenster ontstaat

Aan het einde van zijn leven heeft een ster die vele malen zwaarder is dan de Zon geen brandstof meer in zijn kern. De kern stort in onder zijn eigen gewicht en de ster explodeert als supernova. De zwaarste van deze sterren laten zwarte gaten achter. Lichtere sterren laten neutronensterren achter.

Bij de instorting worden de protonen en elektronen van de kern samengeperst tot neutronen, de deeltjes die de ster haar naam geven. Heeft de instortende kern tussen ongeveer 1 en 3 keer de massa van de Zon, dan kunnen de neutronen de instorting stoppen.

Wat er binnenin zit

Wetenschappers denken dat een neutronenster uit lagen is opgebouwd. Onder de korst breekt de druk atomen uiteen tot een zee van vooral neutronen. Diep binnenin zitten de neutronen tot twee keer zo dicht op elkaar als de deeltjes in een atoomkern. Welke vorm materie precies in het middelpunt aanneemt, is nog onbekend.

Gemiddeld bevat elke kubieke centimeter van een typische neutronenster 300 tot 400 miljoen ton. Door zowel de grootte als de massa van neutronensterren te meten, kunnen natuurkundigen uitrekenen hoe zo dichte materie zich gedraagt. PSR J0740+6620 heeft bijna 50% meer massa dan PSR J0030+0451, maar is in wezen even groot. Dat resultaat pleit tegen enkele ideeën waarin de materie in het middelpunt gemakkelijker samen te drukken is.

Pulsars en hun ontdekking

Walter Baade en Fritz Zwicky stelden in 1934 voor dat neutronensterren bestaan. Jocelyn Bell Burnell ontdekte in 1967 de eerste pulsars. De meeste bekende neutronensterren worden waargenomen als pulsars. Elke pulsar zendt bundels uit die tijdens het draaien over de hemel vegen, zoals het licht van een vuurtoren, waardoor de ster lijkt aan en uit te flitsen.

Pulsars kunnen heel snel draaien. PSR J0740+6620 draait 346 keer per seconde. NICER legt het tijdstip van aankomst van elke röntgenstraal van een pulsar vast tot op 100 nanoseconden nauwkeurig, oftewel 100 miljardsten van een seconde. De veranderende helderheid laat zien hoe sterk de ster licht buigt. Uit die buiging en de massa van de ster kunnen wetenschappers de grootte afleiden.

Bronnen

• NASA's NICER Probes the Squeezability of Neutron Stars. NASA, 2021.
• NICER. NASA Science.
• Neutron Stars. NASA Imagine the Universe, 2017.
• The Radius of PSR J0740+6620 from NICER and XMM-Newton Data. Miller et al., The Astrophysical Journal Letters, 2021.
• A NICER View of the Massive Pulsar PSR J0740+6620 Informed by Radio Timing and XMM-Newton Spectroscopy. Riley et al., The Astrophysical Journal Letters, 2021.
• A NICER View of PSR J0030+0451: Millisecond Pulsar Parameter Estimation. Riley et al., The Astrophysical Journal Letters, 2019.
• A NICER View of the Nearest and Brightest Millisecond Pulsar: PSR J0437–4715. Choudhury et al., The Astrophysical Journal Letters, 2024.
• Sun Fact Sheet. NASA, 2024.
• Mars Fact Sheet. NASA, 2025.
• Phobos. NASA Science, 2024.
• Marathon. World Athletics.
• Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.