Pulse eines toten Sterns erzeugen energiereiche Gammastrahlung

Der blaue Punkt auf diesem Bild markiert die Position eines energiereichen Pulsars - ein magnetischer, rotierender Kern eines Sterns, der in einer Supernova explodierte. (NASA / JPL-Caltech / SAO)
Der blaue Punkt auf diesem Bild markiert die Position eines energiereichen Pulsars - ein magnetischer, rotierender Kern eines Sterns, der in einer Supernova explodierte. (NASA / JPL-Caltech / SAO)

Unsere Milchstraßen-Galaxie ist übersät von den immer noch zischenden Überresten explodierter Sterne. Wenn die massereichsten Sterne als Supernovae explodieren, verschwinden sie nicht langsam in der Nacht, sondern leuchten manchmal in hochenergetischen Gammastrahlen. Was versorgt diese stellaren Überreste mit Energie?

Das Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) der NASA hilft bei der Entschlüsselung dieses Rätsels. Die Röntgenaugen des Observatoriums waren in der Lage, tief in eine besondere Quelle hochenergetischer Gammastrahlung zu blicken und die Quelle zu bestätigen: einen rotierenden, toten Stern, den man als Pulsar bezeichnet. Pulsare sind einer von mehreren Typen stellarer Überreste, die übrigbleiben, wenn Sterne in Supernovae explodieren.

Dies ist nicht das erste Mal, dass Pulsare als die Verdächtigen hinter intensiver Gammastrahlung entdeckt wurden, aber NuSTAR hat in einem Fall geholfen, der aufgrund der Entfernung zu dem fraglichen Objekt schwerer zu lösen war. NuSTAR gesellt sich zum Chandra X-ray Observatory, zum Fermi Gamma-ray Space Telescope und zum High Energy Stereoscopic System (HESS) in Namibia – jedes mit seinen eigenen einmaligen Stärken -, um die Entwicklung dieser nicht ganz so friedlichen, toten Sterne besser zu verstehen.

“Die Energie dieser Sternleiche reicht aus, um die von uns beobachtete Gammahelligkeit zu erzeugen”, sagte Eric Gotthelf von der Columbia University in New York. Obwohl Pulsare häufig hinter den Gammastrahlen in unserer Galaxie stehen, kommen laut Gotthelf auch andere Quellen in Frage, darunter die äußeren Hüllen der Supernova-Überreste, Röntgendoppelsterne und Sternentstehungsregionen. Gotthelf ist der leitende Autor einer neuen Abhandlung im Astrophysical Journal, die die Ergebnisse beschreibt.

In den vergangenen Jahren hat das HESS-Experiment des Max-Planck-Instituts für Astronomie in unserer Milchstraßen-Galaxie mehr als 80 unglaublich starke Gammaquellen identifiziert, die als hochenergetische Gammaquellen bezeichnet werden. Die meisten davon wurden vorhergehenden Supernova-Explosionen zugeordnet, aber bei vielen bleibt die Hauptquelle der beobachteten Gammastrahlen unbekannt.

Die in dieser neuen Studie festgemachte Gammaquelle namens HESS J1640-465 ist eine der hellsten, die bislang entdeckt wurden. Es war bereits bekannt, dass sie mit einem Supernova-Überrest in Zusammenhang steht, aber die Quelle ihrer Energie war unklar. Während Daten von Chandra und dem XMM-Newton-Teleskop der European Space Agency (ESA) dafür sprachen, dass die Energiequelle ein Pulsar ist, blockierten Gaswolken den Blick, wodurch sie schwer zu sehen ist.

NuSTAR ergänzt Chandra und XMM-Newton mit seiner Fähigkeit, energiereichere Röntgenstrahlung zu registrieren, die dieses blockierende Gas tatsächlich durchdringen kann. Außerdem kann das NuSTAR-Teleskop schnelle Röntgenpulse mit hoher Präzision messen. In diesem besonderen Fall konnte NuSTAR hochenergetische Röntgenstrahlen einfangen, die in regelmäßigen, schnellen Pulsen von HESS J1640-465 emittiert werden. Diese Daten führten zu der Entdeckung von PSR J1640-4631 – einem Pulsar, der fünfmal pro Sekunde rotiert – und der Energiequelle der hochenergetischen Röntgen- und Gammastrahlen.

Wie produziert der Pulsar die hochenergetische Strahlung? Die starken Magnetfelder des Pulsars erzeugen gewaltige elektrische Felder, die geladene Teilchen nahe der Oberfläche auf unglaubliche Geschwindigkeiten beschleunigen, die sich der Lichtgeschwindigkeit nähern. Die schnellen Teilchen wechselwirken dann mit den Magnetfeldern, um die energiereichen Gamma- und Röntgenstrahlen zu produzieren. “Die Entdeckung eines Pulsars als Energiequelle von HESS J1640-465 erlaubt Astronomen, Modelle der zugrundeliegenden Physik zu überprüfen, welche in den außergewöhnlichen Energien resultieren, die von diesen seltenen Gammaquellen erzeugt werden”, sagte Gotthelf.

“Vielleicht enthalten andere helle Gammaquellen Pulsare, die wir nicht registrieren können”, sagte Victoria Kaspi von der McGill University in Montreal (Kanada), eine Co-Autorin der Studie. “Mit NuSTAR könnten wir möglicherweise weitere versteckte Pulsare finden.”

Die neuen Daten erlaubten Astronomen auch, die Rate zu messen, mit der sich der Pulsar verlangsamt (etwa 30 Mikrosekunden pro Jahr), und wie sich diese Verlangsamungsrate mit der Zeit verändert. Die Antworten werden Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie diese rotierenden Magnete – die Kerne von toten Sternen – die Quelle solch extremer Strahlung in unserer Galaxie sein können.

NuSTAR ist eine Small Explorer Mission unter Leitung des Caltech und wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena (Kalifornien) für das Science Mission Directorate in Washington betrieben. Der Satellit wurde von der Orbital Sciences Corporation in Dulles (Virginia) gebaut. Seine Instrumente wurden von einem Konsortium mit Beteiligung des Caltech, des JPL, der University of California in Berkeley, der Columbia University in New York, des Goddard Space Flight Center in Greenbelt (Maryland), der Danish Technical University in Dänemark, des Lawrence Livermore National Laboratory in Livermore (Kalifornien), ATK Aerospace Systems in Goleta (Kalifornien) und mit Unterstützung des Science Data Center der Italian Space Agency (ASI) konstruiert.

Das Operationszentrum der NuSTAR-Mission ist an der UC Berkeley, wobei die ASI seine äquatoriale Bodenstation in Malindi (Kenia) zur Verfügung stellt. Das Programm für Öffentlichkeitsarbeit der Mission hat seinen Sitz an der Sonoma State University in Rohnert Park (Kalifornien). Das Explorer Program der NASA wird vom Goddard Space Flight Center geleitet. Das JPL wird vom Caltech für die NASA betrieben.

Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2014-311

(THK)

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