Zwei Seiten eines „toten Sterns“ – links ein Neutronenstern, rechts ein Weißer Zwerg (Bildnachweis: Carl Knox/OzGrav)
Astronomen haben den sich am langsamsten drehenden, Radiowellen aussendenden Neutronenstern entdeckt, der je gesehen wurde; er braucht fast eine Stunde für eine volle Umdrehung.
Das klingt vielleicht ziemlich schnell, aber diese toten Sterne drehen sich bekanntermaßen so schnell, dass einige von ihnen 700 volle Umdrehungen pro Sekunde machen. Selbst die gemächlichsten der etwa 3.000 radioemittierenden Neutronensterne oder „Pulsare“, die bisher entdeckt wurden, vollenden eine volle Umdrehung in etwa einer Sekunde.
Dieser extrem gemächliche Neutronenstern mit der Bezeichnung ASKAP J1935+2148, der sich 16.000 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, strahlt jedoch mit einer Geschwindigkeit, die zu langsam ist, um mit den derzeitigen Theorien, die das Verhalten dieser dichten Sternüberreste beschreiben, übereinzustimmen.
„Bei der Erforschung von radioemittierenden Neutronensternen sind wir an Extreme gewöhnt, aber diese Entdeckung eines kompakten Sterns, der sich so langsam dreht und trotzdem Radiowellen aussendet, war unerwartet“, sagte Ben Stappers, Mitglied des Teams, das für die Untersuchung verantwortlich war. „Es zeigt, dass wir mit dieser neuen Generation von Radioteleskopen die Grenzen unseres Suchraums erweitern und Überraschungen finden können, die unser Verständnis herausfordern.“
Inhaltsübersicht
Neutronensterne werden in Würde alt
Neutronensterne wie ASKAP J1935+2148 entstehen, wenn massereichen Sternen mit der acht- bis zehnfachen Sonnenmasse der für die Kernfusion benötigte Brennstoff in ihrem Kern ausgeht. Damit endet der nach außen gerichtete Strahlungsdruck, der den Stern über Millionen (manchmal Milliarden) von Jahren gegen den nach innen gerichteten Druck seiner eigenen Schwerkraft gestützt hat.
Sobald dieser Energiefluss nach außen aufhört, kollabiert der Kern des Sterns und löst eine Supernovaexplosion aus, die seine äußeren Schichten und den Großteil seiner Masse wegsprengt. Das Ergebnis ist ein stellarer Überrest mit der ein- bis zweifachen Masse der Sonne, der auf eine Breite von nur etwa 20 Kilometern komprimiert ist.
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Die extreme Geburt dieses Neutronensterns zwingt Elektronen dazu, sich in Protonen zu verwandeln, wodurch ein Meer von Neutronen entsteht, das so dicht ist, dass ein Esslöffel des Materials dieses Objekts, wenn es auf die Erde gebracht würde, 1 Milliarde Tonnen wiegen würde – etwa so viel wie der Mount Everest. Aber das ist noch nicht alles. Der Einsturz hat auch noch eine andere extreme Folge.
Wie ein Schlittschuhläufer hier auf der Erde seine Arme einzieht, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der er sich aufgrund der Erhaltung des Drehimpulses dreht, bedeutet die rasche Verringerung der Breite eines Sternkerns, dass junge Exemplare dieser toten Sterne sich schneller drehen können als die Klingen eines Mixers.
Eine NASA-Animation zeigt den superhellen und superjungen Pulsar J1823-2021A, der der hellste und jüngste Pulsar ist, der bisher entdeckt wurde, und der ein starkes Magnetfeld hat. Der Pulsar dreht sich etwa 183,8 Mal pro Sekunde (Bildnachweis: NASA/GSFC)
Junge Neutronensterne besitzen auch einige der stärksten Magnetfelder im bekannten Universum, was sie dazu veranlasst, von ihren Polen aus stark gebündelte Radiowellen auszustrahlen. Wenn sich diese Neutronensterne drehen, breiten sich die Strahlen über den Kosmos aus und machen Pulsare fast so etwas wie himmlische Leuchttürme.
Mit zunehmendem Alter der Neutronensterne verlangsamt sich jedoch ihre Rotation, und sie können ihre leuchtturmartigen Radiostrahlen nicht mehr erzeugen. Das macht ASKAP J1935+2148, der erstmals mit dem ASKAP-Radioteleskop am Murchison Radioastronomie-Observatorium in Westaustralien entdeckt wurde, so schwierig zu entschlüsseln. Die langsame Rotation dieses Neutronensterns deutet auf ein hohes Alter hin, aber irgendwie strahlt er immer noch Radiowellen aus.
„Es ist höchst ungewöhnlich, einen Neutronensternkandidaten zu entdecken, der auf diese Weise Radiopulsationen aussendet. Die Tatsache, dass sich das Signal in einem so gemächlichen Tempo wiederholt, ist außergewöhnlich“, sagte die Leiterin des Teams, Manisha Caleb vom University of Sydney Institute of Astronomy, in einer Erklärung. „Faszinierend ist, dass dieses Objekt drei verschiedene Emissionszustände aufweist, von denen sich jeder in seinen Eigenschaften völlig von den anderen unterscheidet.“
Die Wissenschaftlerin fügte hinzu, dass die 64 Radioantennen des MeerKAT-Radioteleskops in Südafrika eine entscheidende Rolle bei der Unterscheidung dieser Emissionszustände spielten.
„Wenn die Signale nicht vom selben Punkt am Himmel kämen, hätten wir nicht geglaubt, dass es sich um dasselbe Objekt handelt, das diese verschiedenen Signale erzeugt“, so Caleb weiter.
Das Team hat noch dringende Fragen zu ASKAP J1935+2148 zu beantworten, einschließlich der Möglichkeit, dass es sich gar nicht um einen Neutronenstern handelt!
Die Illustration zeigt einen Neutronenstern/weißen Zwerg über dem ASKAP-Radioteleskop der CSIRO (Bildnachweis: Carl Knox/OzGrav)
Es besteht immer noch die Möglichkeit, dass es sich bei ASKAP J1935+2148 um einen Weißen Zwerg handelt, eine Art kompakter stellarer Leiche, die übrig bleibt, wenn der Kern eines kleineren Sterns, wie der Sonne, stirbt. Um ein Signal der Art zu erzeugen, wie es mit den Radioteleskopen ASKAP und MeerKAT beobachtet wurde, müsste dieser isolierte Weiße Zwerg jedoch ein außergewöhnlich starkes Magnetfeld besitzen.
Solche Objekte wurden in der von ASKAP J1935+2148 besetzten Region des Weltraums noch nie gesehen. Das bedeutet, dass diese Erklärung nicht so gut zu den Emissionen von ASKAP J1935+2148 zu passen scheint wie die eines sich langsam drehenden Neutronensterns mit extremem Magnetfeld.
Noch sind weitere Forschungen nötig, um die wahre Natur von ASKAP J1935+2148 zu bestätigen und festzustellen, ob es sich um einen gesetzlosen Weißen Zwerg oder einen Neutronenstern handelt, der die Regeln bricht. Wie auch immer die Ergebnisse ausfallen, sie werden unser Verständnis der letzten Phasen der Sternentwicklung in Frage stellen.
„Es könnte uns sogar dazu veranlassen, unser jahrzehntealtes Verständnis von Neutronensternen oder Weißen Zwergen zu überdenken, wie sie Radiowellen aussenden und wie ihre Populationen in unserer Milchstraßengalaxie aussehen“, so Caleb abschließend.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Mittwoch (5. Juni) in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
