Fermi beobachtet “Superausbrüche” im Krebsnebel

In dem berühmten Krebsnebel Supernova-Überrest (Messier 1 / M1 oder NGC 1952) ereignete sich ein enormer Ausbruch, der fünfmal energiereicher war als jeder zuvor beobachtete Ausbruch von diesem Objekt. Am 12. April registrierte das Fermi Gamma-Ray Space Telescope der NASA den sechs Tage andauernden Ausbruch zum ersten Mal.

Der Nebel ist das Überbleibsel eines explodierten Sterns, welcher Licht emittierte, das die Erde im Jahr 1054 erreichte. Er liegt 6.500 Lichtjahre entfernt im Sternbild Taurus (Stier). Im Herzen der expandierenden Gaswolke liegt das, was von dem ursprünglichen Kern des Sterns hinterlassen wurde, ein superdichter Neutronenstern, der 30 Mal pro Sekunde rotiert. Mit jeder Umdrehung schleudert der Stern intensive Strahlenbündel in Richtung Erde, was die charakteristischen pulsierenden Emissionen rotierender Neutronensterne (auch bekannt als Pulsare) erzeugt. (Anm. d. Red.: Im Gammastrahlenbereich ist das Objekt eines der hellsten am Himmel.)

Abgesehen von diesen Pulsen glaubten Astrophysiker, dass der Krebsnebel eine konstante Quelle hochenergetischer Strahlung ist. Aber im Januar berichteten Wissenschaftler unter Verwendung mehrerer Weltraumobservatorien, darunter Fermi, Swift und der Rossi X-Ray Timing Explorer, langfristige Helligkeitsveränderungen im Röntgenenergiebereich.

“Der Krebsnebel umfasst hochenergetische Veränderungen, die wir erst jetzt vollständig einschätzen können”, sagte Rolf Buehler, ein Mitglied des Fermi Large Area Telescope (LAT) Teams am Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, einer Einrichtung des Department of Energie am SLAC National Accelerator Laboratory und der Stanford University.

Seit 2009 haben Fermi und der AGILE-Satellit der Italian Space Agency mehrere kurzlebige Gammastrahlenausbrüche bei Energien größer als 100 Millionen Elektronenvolt (eV) registriert – einige Hundert mal höher als die im Nebel beobachteten Veränderungen im Röntgenbereich. Zum Vergleich, sichtbares Licht hat Energien zwischen zwei und drei Elektronenvolt.

Am 12. April registrierten das LAT von Fermi und später auch der AGILE-Satellit einen Ausbruch, der etwa 30 Mal energiereicher als die normale Gammastrahlenenergieabgabe des Krebsnebels und fünfmal energiereicher als vorherige Ausbrüche war. Am 16. April ereignete sich ein noch hellerer Ausbruch, aber innerhalb von ein paar Tagen schwächte sich die ungewöhnliche Aktivität vollständig ab.

“Diese Superausbrüche sind die energiereichsten Ausbrüche, die wir bis jetzt gesehen haben und es sind alles extrem rätselhafte Ereignisse”, sagte Alice Harding vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). “Wir denken, dass sie von plötzlichen Neuausrichtungen des Magnetfeldes nicht weit entfernt von dem Neutronenstern verursacht wurden, aber wo exakt sie auftraten, bleibt ein Rätsel.”

Eigenartige Dinge gehen im Krebsnebel vor sich. Am 12. April 2011 registrierte das Fermi Gamma-Ray Space Telescope den energiereichsten in einer Reihe von Gammastrahlenausbrüchen, die irgendwo innerhalb des Supernova-Überrests auftraten. (NASA)

Man nimmt an, dass die hochenergetischen Emissionen des Krebsnebels das Ergebnis von physikalischen Prozessen sind, welche die schnelle Rotation des Neutronensterns anzapfen. Theoretiker stimmen darin überein, dass die Ausbrüche innerhalb von einem Drittel Lichtjahr Entfernung zum Neutronenstern erzeugt werden müssen, aber Anstrengungen, sie präziser zu lokalisieren waren bislang nicht erfolgreich.

Seit September 2010 hat das Chandra X-Ray Observatory der NASA den Nebel regelmäßig überwacht, um die mit den Ausbrüchen einhergehenden Röntgenemissionen zu identifizieren. Als Fermi Wissenschaftler Astronomen von einem neuen Ausbruch in Kenntnis setzten, führten Martin Weisskopf und Allyn Tennant vom Marshall Space Flight Center in Huntsville (Alabama) eine Reihe von geplanten Beobachtungen mit Chandra durch.

“Dank der Fermi Meldung hatten wir Glück, dass unsere geplanten Beobachtungen stattfanden, als die Ausbrüche im Gammastrahlenbereich am hellsten waren”, sagte Weisskopf. “Trotz Chandras exzellenter Auflösung registrierten wir keine offensichtlichen Veränderungen der Röntgenstrukturen in dem Nebel und der Umgebung des Pulsars, die klar mit den Ausbrüchen verbunden sind.”

Wissenschaftler hofften, dass das Chandra X-Ray Observatory die mit dem Röntgenstrahlenausbruch verbundenen Röntgenquellen lokalisieren würde. Während der Superausbrüche im April 2011 wurden zwei Beobachtungsreihen gemacht, aber es gibt keinen klaren Hinweis in den Chandra-Bildern. (NASA/CXC/M. Weisskopf and A. Tennant)

Die Wissenschaftler denken, dass die Ausbrüche auftraten, als das intensive Magnetfeld in der Nähe des Pulsars einer plötzlichen Neustrukturierung unterlag. Solche Veränderungen können Teilchen wie Elektronen auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Als diese Hochgeschwindigkeits-Elektronen mit dem Magnetfeld interagierten, emittierten sie Gammastrahlen.

Um die beobachteten Emissionen zu erzeugen, müssen die Elektronen nach Meinung der Wissenschaftler Energien gehabt haben, die 100 Mal höher sind, als sie in jedem Teilchenbeschleuniger auf der Erde erreicht werden können. Das macht sie zu den energiereichsten Elektronen, die erwiesenermaßen mit einer kosmischen Quelle verbunden sind. Basierend auf dem Anstieg und dem Abklingen der Gammastrahlung während der Ausbrüche im April schätzen die Forscher, dass die Größe der emittierenden Region vergleichbar mit der Größe unseres Sonnensystems sein muss.

Das Fermi Projekt der NASA ist eine Partnerschaft von Astrophysikern und Teilchenphysikern und wird vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland) betrieben. Es wurde in Zusammenarbeit mit dem U.S. Department of Energie entwickelt und umfasst wichtige Beiträge von akademischen Einrichtungen und Partnern in Frankreich, Deutschland, Italien, Japan, Schweden und den Vereinigten Staaten.

Das Marshall Space Flight Center betreibt das Chandra Programm für das Science Mission Directorate der NASA in Washington. Das Smithsonian Astrophysical Observatory kontrolliert die Wissenschafts- und Flugoperationen von Cambdrigde (Massachusetts) aus.

Quelle: http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/crab-flare.html

(THK)