Eine Illustration eines Vampir-Neutronensterns, der sich von einem stellaren Begleiter ernährt, der einen starken astrophysikalischen Strahl antreibt (Bildnachweis: Danielle Futselaar, Nathalie Degenaar, Anton Pannekoek Institut, Universität Amsterdam).
Ein Neutronenstern ist der Überrest eines massereichen Sterns, der einst in einer Supernova-Explosion starb. Insgesamt gelten Neutronensterne als einige der extremsten Objekte im bekannten Universum – und das gilt insbesondere dann, wenn diese unglaublich dichten Sternüberreste neben Begleitsternen (die noch nicht „gestorben“ sind) existieren, die nahe genug sind, damit die immense Schwerkraft eines Neutronensterns Material von diesem zweiten Stern abtragen kann. Mit anderen Worten: Der Begleitstern ist so etwas wie das stellare Opfer des Neutronensterns.
Diese „Vampir-Neutronensterne“ sind etwas Besonderes, denn sie erwachen wieder zum Leben wie ein kosmischer Bela Lugosi. Der Grund dafür ist, dass das einfallende Material eines Begleitsterns thermonukleare Explosionen an der Oberfläche des Neutronensterns auslöst. Ein Teil dieser gestohlenen Materie wird in Richtung der Pole des Neutronensterns geschleust, von wo aus sie mit annähernd Lichtgeschwindigkeit in Form von starken astrophysikalischen Jets ausbricht. Doch was genau diese Jets auslöst – und wie sie mit den thermonuklearen Ausbrüchen zusammenhängen – ist ein Rätsel geblieben.
Neue Forschungen haben jedoch einen Hinweis auf das Rätsel geliefert.
Wissenschaftler haben eine Möglichkeit gefunden, die Geschwindigkeiten dieser Jets zu messen und die Werte mit den Eigenschaften sowohl eines Neutronensterns als auch des unglücklichen Doppelsterns, an dem er sich labt, zu verbinden. Dies könnte letztendlich zur Lösung des Jet-Dilemmas beitragen und vielleicht auch Informationen über andere Objekte liefern, die ebenfalls Materie von einem Begleitstern abziehen, wie etwa supermassive schwarze Löcher.
Verwandt: James-Webb-Weltraumteleskop entdeckt, dass Neutronensternfusionen Gold im Kosmos schmieden: „Es war aufregend
„Zum ersten Mal konnten wir die Geschwindigkeiten der stetigen Jets messen, die von einem Neutronenstern ausgestoßen werden“, sagt Thomas Russell, Hauptautor und Wissenschaftler am National Institute for Astrophysics (INAF), gegenüber kosmischeweiten.de. „Diese Jets, wie die von akkretierenden Schwarzen Löchern, sind in unserem Universum unglaublich wichtig, da sie riesige Mengen an Energie in ihre Umgebung abgeben und so die Sternentstehung, das Wachstum von Galaxien und sogar den Zusammenschluss von Galaxien beeinflussen. Russell erläuterte, dass die Wissenschaftler bisher davon ausgingen, dass die Jets entweder durch die Rotation von Material ausgelöst werden, das von einem Opferstern abgestreift wird, während dieses Material spiralförmig nach innen fließt. Es gab auch die Theorie, dass die Jets mit der Drehung des rotierenden Objekts selbst verbunden sind.
Unsere Entdeckung einer Verbindung zwischen den thermonuklearen Explosionen und den Jets bietet uns nun eine leicht zugängliche und wiederholbare Sonde, um den Startmechanismus der Jets in Neutronensternen zu entschlüsseln“, so Russell weiter. „Da wir davon ausgehen, dass Jets bei allen Arten von Objekten auf sehr ähnliche Weise ausgelöst werden, wird uns dies helfen zu verstehen, wie die Jets von allen Objekten ausgelöst werden, sogar von den supermassiven Schwarzen Löchern, die sich im Zentrum von Galaxien befinden.“
Inhaltsübersicht
Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter
Die neuesten Nachrichten aus dem Weltraum, die neuesten Updates zu Raketenstarts, Himmelsbeobachtungen und mehr!
Durch die Übermittlung Ihrer Daten erklären Sie sich mit den Allgemeinen Geschäftsbedingungen und der Datenschutzrichtlinie einverstanden und sind mindestens 16 Jahre alt.
Wie blasen Neutronensterne ihr Verdeck auf?
Um zu ihrer Schlussfolgerung zu gelangen, untersuchten Russell und Kollegen zwei Systeme, die sich von Neutronensternen ernähren: Die Röntgendoppelsterne 4U 1728-34 und 4U 1636-536. Von beiden Systemen ist bekannt, dass sie in regelmäßigen Abständen mit thermonuklearen Ausbrüchen ausbrechen.
Thermonukleare Explosionen auf der Oberfläche von Neutronensternen sind für Wissenschaftler kein neues Phänomen. Diese Explosionen werden seit Jahren analysiert, und Russell weist darauf hin, dass Astronomen insgesamt mindestens 125 „explodierende“ Neutronensterne beobachtet haben.
„Wenn der Neutronenstern Materie von einem nahe gelegenen Stern verzehrt, sammelt sich das akkretierte Material auf der Oberfläche des Neutronensterns an“, so Russell. „Irgendwann wird der Druck zu groß, und es kommt zu einer instabilen, unkontrollierbaren thermonuklearen Explosion, die sich innerhalb weniger Sekunden über die gesamte Oberfläche des Neutronensterns ausbreitet.“
Die mit 4U 1728-34 und 4U 1636-536 verbundenen Ausbrüche sind im Röntgenbereich sichtbar, so dass das Team sie mit dem Weltraumteleskop INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) der Europäischen Weltraumorganisation aufspüren konnte.
„Wir haben herausgefunden, dass diese Explosionen zusätzliches Material in die Jets pumpen, und zwar für die paar Sekunden, die die Ausbrüche dauern“, so Russell weiter. „Mit Hilfe von Radioteleskopen, die die Jets mit dem Australia Telescope Compact Array überwachen, konnten wir dieses zusätzliche Material verfolgen, während es die Jets hinunterfloss, was uns im Grunde eine kosmische Geschwindigkeitskamera zur Messung der Jet-Geschwindigkeit lieferte.“
Eine Illustration des INTEGRAL-Weltraumteleskops, das zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Neutronenstern-Jets beigetragen hat. (Bildnachweis: ESA)
Was sie sehen wollten, waren Veränderungen in den Radioemissionen nach den Röntgenausbrüchen.
Tatsächlich konnte das Team innerhalb weniger Minuten nach jeder einzelnen thermonuklearen Explosion einen Anstieg der Radiohelligkeit feststellen. Daraus schlossen die Forscher, dass die Entwicklung von Jets eng mit thermonuklearen Explosionen zusammenhängt.
„Wir waren überrascht, wie deutlich die Reaktion in den Jets war. Es handelte sich um sehr helle und klare Flares, die den Jet hinunterflossen und leicht zu erkennen waren“, sagte Russell. „Wir hatten zwar eine gewisse Reaktion erwartet, aber wir dachten, dass sie viel subtiler ausfallen würde.“
Neutronenstern-Jets beim Raser erwischt
Die Geschwindigkeiten dieser Jets waren das fehlende Puzzlestück, so das Team, das eine Verbindung zwischen den heftigen Auswürfen der Jets und den explosiven Fütterungsereignissen herstellte.
„Die Geschwindigkeit ist unglaublich wichtig, um zu verstehen, wie die Jets gestartet werden, und diese neue Entdeckung öffnet ein sehr zugängliches Fenster, um diese Frage zu beantworten“, sagte Russell. „Wir können dieses Experiment nun auf viele andere ausbrechende Neutronensterne anwenden und dann vergleichen, wie die Jet-Geschwindigkeit mit dem Spin, der Masse und möglicherweise sogar dem Magnetfeld des Neutronensterns korreliert, von denen man annimmt, dass sie die Schlüsselkomponenten für den Jet-Start sind.“
Sollte das Team einen Zusammenhang zwischen einer dieser Eigenschaften und der Jet-Geschwindigkeit feststellen, wird dies Aufschluss darüber geben, was der Hauptauslösemechanismus für diese Jets ist – sei es der Spin des Neutronensterns oder die Rotation des einfallenden Materials.
Es ist das erste Mal, dass die Geschwindigkeit eines solchen Jets von einem Neutronenstern gemessen wurde, aber es ist erwähnenswert, dass sie bereits für schwarze Löcher gemessen wurde. Russell erklärte jedoch, dass Neutronensterne gegenüber Schwarzen Löchern einen massiven Vorteil haben, wenn es darum geht, sie als Sonde für die Untersuchung der Mechanismen des Jet-Ausstoßes zu verwenden.
„Neutronensterne können sehr genau gemessene Spins, gut bestimmte Massen und möglicherweise sogar bekannte Magnetfeldstärken haben, was bei Schwarzen Löchern viel schwieriger zu messen ist“, sagte er. „Daher können wir derzeit nur bei Neutronensternen damit beginnen, die Systemeigenschaften mit den Jets in Verbindung zu bringen.“
Insgesamt hat das Team dieses Ergebnis nun in zwei Neutronensternsystemen gesehen, die sich füttern lassen, aber dies sind die einzigen beiden, die sie bisher untersucht haben.
„Wir wenden unsere neue Technik auf so viele andere ausbrechende Neutronensterne an, wie wir können, um herauszufinden, wie die Strahlgeschwindigkeiten mit den verschiedenen Eigenschaften des Neutronensterns variieren“, schloss er. „Sobald wir eine ausreichende Anzahl von Neutronensternen gefunden haben, werden wir in der Lage sein, die Schlüsseleigenschaften für die Jet-Produktion zu entschlüsseln und herauszufinden, wie die Jets gestartet werden.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Mittwoch (27. März) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
