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Neutronenstern statt Schwarzes Loch

Erstellt von: Dr. Rainer Kayser | | Forschung und neue Erkenntnisse

Die extrem leuchtkräftige Röntgenquelle X-2 in der 11,4 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M82 ist entgegen bisheriger Vermutungen kein Schwarzes Loch mittlerer Größe, sondern ein Neutronenstern. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Forscherteams mit dem Röntgensatelliten NuSTAR. Die Strahlung von X-2 zeigt Pulsationen, die nur bei Neutronensternen auftreten können. Der überraschende Befund stelle die physikalischen Modelle für den Einfall von Materie auf extrem kompakte Himmelsobjekte infrage, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„X-2 in der Galaxie M82 wurde bereits intensiv untersucht“, stellen Matteo Bachetti von der Université de Toulouse in Frankreich und seine Kollegen fest, „doch die Pulsationen sind bislang der Entdeckung entgangen.“ Die NuSTAR-Beobachtungen werfen daher nach Ansicht des Forscherteams die Frage auf, ob nicht ein signifikanter Teil der ultraleuchtkräftigen Röntgenquellen Neutronensterne seien, und nicht, wie bislang angenommen, Schwarze Löcher mit der mehrhundertfachen Masse unserer Sonne.

In den 1970-er Jahren stießen Astronomen in fernen Galaxien auf die ersten ultraleuchtkräftigen Röntgenquellen. Die kurz ULX genannten, punktförmigen Objekte senden erheblich mehr Röntgenstrahlung aus, als das so genannte Eddington-Limit für stellare Schwarze Löcher erlaubt. Schwarze Löcher erzeugen ihre Energie durch den Einfall von Materie – doch der Strahlungsdruck bremst zugleich diesen Zustrom. Deshalb gibt es eine obere Grenze für die Menge an einfallender Materie und die dadurch erzeugte Strahlung. Die Astronomen zogen aus der extremen Röntgenleuchtkraft daher den Schluss, es müsse sich bei den ULX um Schwarze Löcher mit mehreren hundert Sonnenmassen handeln.

Die NuSTAR-Beobachtungen von Bachetti und seinen Kollegen zeigen nun eine Pulsation der Röntgenstrahlung von X-2 mit einer Periode von 1,4 Sekunden. Diese Pulsation ist zudem mit einer Periode von 2,5 Tagen moduliert. Solche Pulsationen treten nur bei Neutronensternen, aber nicht bei Schwarzen Löchern auf: Die starken Magnetfelder führen zu „Hot Spots“ an den magnetischen Polen der extrem kompakten Sternenleichen. Die von diesen „Hot Spots“ ausgehende Strahlung streicht dann durch die Rotation des Neutronensterns wie der Strahl eines Leuchtturms durchs All und verursacht so die beobachteten Pulse.

Die Modulation der Pulse interpretieren die Forscher als Umlaufzeit des Neutronensterns in einem Doppelsternsystem. Von dem zweiten Stern in diesem System strömt demnach Materie auf den Neutronenstern und sorgt so für die Produktion der Röntgenstrahlung. Allerdings müsse sich das System in einem bislang unbekannten Modus des Materieeinfalls befinden, da es das Eddington-Limit um das Hundertfache überschreitet. Offenbar kann doch erheblich mehr Materie auf Neutronensterne – und vielleicht auch Schwarze Löcher – einfallen, als bislang von den Astrophysikern vermutet.

Quelle: dx.doi.org/10.1038/nature13791