Eine Illustration zeigt einen hochmagnetischen toten Stern, oder „Magnetar“ (Bildnachweis: NSF, AUI, NSF NRAO, S. Dagnello.)
Astronomen untersuchen Hinweise auf einen kosmischen Tatort, an dem ein massereicher Stern starb und einen extrem magnetischen „toten“ Stern, einen Magnetar, hinterließ.
Magnetare sind eine Art Neutronenstern, aber mit tausendmal stärkeren Magnetfeldern. Wie eine andere Form von Neutronenstern, ein Pulsar, drehen sich Magnetare unglaublich schnell. Die Wissenschaftler wollen wissen, unter welchen Bedingungen ein Magnetar entsteht und wie sich diese von den Bedingungen unterscheiden, unter denen ein Pulsar – ein „gewöhnlicher“ Neutronenstern – entsteht.
Um diesem Geheimnis auf den Grund zu gehen, untersuchte ein Forscherteam mit dem Very Long Baseline Array (VBLA) einen Magnetar namens Swift J1818.0-1617, der etwa 22.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Damit ist Swift J1818.0-1617 nicht nur relativ nah, sondern nach seiner Entdeckung im Jahr 2020 stellten Astronomen bald fest, dass es sich um den jüngsten Magnetar handelt, der je gesehen wurde. Swift J1818.0-1617 ist auch der am schnellsten rotierende Magnetar, von dem wir wissen, dass er etwa alle 1,5 Sekunden eine volle Umdrehung macht.
„Der Entstehungsmechanismus von Magnetaren ist immer noch ein Rätsel, das wir gerne verstehen würden“, sagte der Leiter des Teams, Hao Ding, vom Nationalen Astronomischen Observatorium in Japan in einer Erklärung.
Inhaltsübersicht
Kennst du deinen Neutronenstern?
Magnetare, wie alle Neutronensterne, entstehen, wenn massereiche Sterne sterben. Wenn diese Sterne ihren Brennstoffvorrat für die Kernfusion in ihren Kernen aufgebraucht haben, endet die Energie, die sie gegen den Druck ihrer eigenen Schwerkraft aufrechterhalten hat.
Damit geht das kosmische „Tauziehen“ zwischen Schwerkraft und Strahlungsdruck, das seit Millionen von Jahren wütet, zu Ende, und die Schwerkraft gewinnt. Wenn der Kern des Sterns kollabiert, sendet er Schockwellen durch die äußeren Schichten und löst eine Supernova-Explosion aus, die diese Schichten vom Kern wegsprengt.
Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter
Dadurch verliert der sterbende Stern den größten Teil seiner Masse und hinterlässt einen Kern mit einer Masse, die ein- bis zweimal so groß ist wie die der Sonne, der in einen Durchmesser von etwa 19 Kilometern gepresst ist.
Das Produkt? Ein Neutronenstern.
Eine Illustration eines Neutronensterns im Vergleich zu Manhattan Island. (Bildnachweis: NASA’s Goddard Space Flight Center)
Die Materie eines Neutronensterns ist so dicht, dass ein Teelöffel davon etwa 10 Millionen Tonnen wiegen würde, wenn man ihn aushöhlen und zu unserem Planeten bringen würde.
Der schnelle Kernkollaps führt auch dazu, dass der Neutronenstern seine Rotationsrate stark erhöht. Dies geschieht durch die Erhaltung des Drehimpulses, und ein ähnlicher Effekt ist auf der Erde zu beobachten, wenn auch in viel kleinerem Maßstab, wenn ein Schlittschuhläufer seine Arme einzieht, um seine Drehgeschwindigkeit zu erhöhen.
Einige neu entstandene Neutronensterne können sich bis zu 700 Mal pro Sekunde drehen. Diese Neutronensterne können von ihren Polen aus Strahlen aussenden, die bei ihrer Drehung den Kosmos überfliegen. Solche „kosmischen Leuchttürme“ werden Pulsare genannt.
Der Kollaps eines Sternkerns hat noch eine weitere Folge. Die Magnetfeldlinien des sterbenden Sterns werden zusammengedrückt, wodurch sich die Stärke des Magnetfelds verstärkt. Einige Neutronensterne treiben dies jedoch auf die Spitze und weisen die stärksten Magnetfelder im bekannten Universum auf. Diese toten Sterne haben zum Beispiel Magnetfelder, die eine Billiarde (1 gefolgt von 15 Nullen) Mal stärker sind als das Magnetfeld der Sonne.
Diese Neutronensterne werden Magnetare genannt.
Die Interpretation eines Magnetars durch einen Künstler. (Bildnachweis: ESA – Christophe Carreau.)
Die Astronomen wissen derzeit nicht, wie lange ein Magnetar lebt.
Es wird vermutet, dass die extremen Röntgenemissionen dieser Art von Neutronensternen mit dem schnellen Zerfall ihres Magnetfelds zusammenhängen. Der schnelle Spin von Magnetaren führt auch dazu, dass sich das umgebende Plasma eng um den toten Stern wickelt. Dadurch entsteht die so genannte „Synchrotronstrahlung“, die zur Emission von weniger energiereichem Licht in Form von Radiowellen führt.
Das könnte bedeuten, dass hochmagnetische Neutronensterne schnell Energie verlieren und junge Neutronensterne weniger Zeit als Magnetare verbringen als Pulsare – aber das wollen die Wissenschaftler noch herausfinden.
„Magnetare sind sehr jung, weil sie nicht sehr lange in diesem Tempo Energie abgeben können“, sagte Ding. Der Forscher fügte hinzu, dass die Wissenschaftler wissen müssen, wie schnell sich der Magnetar bei seiner Entstehung bewegt hat, um dies mit Sicherheit sagen zu können.
Swift J1818.0-1617 ist in dieser Hinsicht sehr nützlich, da er schätzungsweise nur ein paar hundert Jahre alt ist. Dieser Magnetar ist außerdem so nahe an der Erde, dass das VLBA ein Konzept namens „Parallaxe“ anwenden kann.
Die Untersuchung des Teams ergab, dass die Transversalgeschwindigkeit von Swift J1818.0-1617 die niedrigste für alle bisher beobachteten Magnetare ist. Diese Information kann nun genutzt werden, um die Bedingungen für die Geburt dieses besonderen Neutronensterns zu bestimmen. Diese Ergebnisse können dann mit ähnlichen Bestimmungen der Bedingungen für die Entstehung von Pulsaren und Neutronensternen verglichen werden, um herauszufinden, was einen sterbenden Stern dazu bringt, einen dieser drei „Pfade“ einzuschlagen und einen anderen nicht.
Ding und seine Kollegen benötigen zwar noch viele weitere Beobachtungen, bevor sie feststellen können, warum Neutronensterne die Form von Magnetaren annehmen, aber diese vorläufigen Ergebnisse scheinen etwas über die Entwicklung von Neutronensternen zu verraten.
Ding sagte, dass die Forschungsergebnisse bereits darauf hindeuten, dass Magnetare wahrscheinlich nicht unter den gleichen Bedingungen wie junge Pulsare entstehen, was bedeutet, dass diese starken magnetischen Neutronensterne unter extremen und exotischen Bedingungen geboren werden.
