Astronomen haben einen pulsierenden, toten Stern gefunden, der mit der Energie von etwa zehn Millionen Sonnen strahlt. Damit ist er der hellste Pulsar, der bislang registriert wurde. Pulsare sind dichte stellare Überreste, die bei Supernova-Explosionen zurückbleiben. Die Entdeckung wurde mit dem Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) der NASA gemacht.
“Man könnte diesen Pulsar als die ‘Mighty Mouse‘ der stellaren Überreste betrachten”, sagte Fiona Harrison vom California Institute of Technology in Pasadena, die leitende Wissenschaftlerin des NuSTAR-Projekts. “Er besitzt die Energie eines Schwarzen Lochs, allerdings mit weit weniger Masse.” Ein Bericht über die neue Entdeckung erschien am 9. Oktober 2014 im Journal Nature.
Die überraschende Entdeckung hilft Astronomen, die rätselhaften Quellen blendend heller Röntgenstrahlen – sogenannte ultraleuchtkräftige Röntgenquellen (ultraluminous X-ray sources, ULX) besser zu verstehen. Bis jetzt wurden alle ultraleuchtkräftigen Röntgenquellen für Schwarze Löcher gehalten. Die neuen Daten von NuSTAR zeigen, dass mindestens eine ultraleuchtkräftige Röntgenquelle in Wirklichkeit ein Pulsar ist. Sie liegt rund zwölf Millionen Lichtjahre entfernt in der Galaxie Messier 82 (M82).
“Der Pulsar scheint sich wie ein Schwarzes Loch zu ernähren”, sagte Harrison. “Das Ergebnis wird uns helfen zu verstehen, wie Schwarze Löcher so schnell wachsen und an Masse gewinnen, was ein wichtiger Vorgang bei der Bildung von Galaxien und Strukturen im Universum ist.”
Allgemein vermutet man, dass ultraleuchtkräftige Röntgenquellen Schwarze Löcher sind, die Materie von Begleitsternen abziehen – ein Prozess, der als Akkretion bezeichnet wird. Man denkt auch, dass sie die lange gesuchten “mittelschweren” Schwarzen Löcher sind – das sind fehlende Bindeglieder zwischen kleineren, stellaren Schwarzen Löchern und den gigantischen Schwarzen Löchern, welche die Zentren der meisten Galaxien dominieren. Aber die Forschungsarbeiten über die wahre Natur der ultraleuchtkräftigen Röntgenquellen gehen weiter, bis endgültigere Antworten gefunden werden.
NuSTAR sollte anfangs nicht die beiden ultraleuchtkräftigen Röntgenquellen in M82 untersuchen. Astronomen hatten kürzlich eine Supernova in der Galaxie beobachtet, als sie zufällig helle Röntgenpulse bemerkten, die von der ultraleuchtkräftigen Röntgenquelle namens M82 X-2 stammten. Schwarze Löcher pulsieren nicht, aber Pulsare schon.
Pulsare gehören zu einer Sternklasse, die als Neutronensterne bezeichnet wird. Neutronensterne sind die ausgebrannten Kerne explodierter Sterne, besitzen im Vergleich zu einem Schwarzen Loch aber wesentlich weniger Masse. Pulsare emittieren Strahlungsimpulse, die von Radiowellen bis hin zu hochenergetischen Gammastrahlen reichen. Während der Stern rotiert, überstreichen die Strahlen die Erde wie das Licht eines Leuchtturms, was zu einem pulsierenden Signal führt.
“Wir sahen es als erwiesen an, dass die energiereichen ultraleuchtkräftigen Röntgenquellen massereiche Schwarze Löcher sein mussten”, sagte der leitende Autor der Studie, Matteo Bachetti von der University of Toulouse in Frankreich. “Als wir die Pulse zum ersten Mal in den Daten sahen, dachten wir, dass sie von einer anderen Quelle stammen mussten.” Das Chandra X-ray Observatory und der Swift-Satellit der NASA haben M82 ebenfalls beobachtet, um dieselbe Supernova zu untersuchen. Sie bestätigten, dass ein Pulsar für die intensiven Röntgenstrahlen von M82 X-2 verantwortlich ist.
“Eine Reihe verschiedener Teleskope im Weltraum zu haben, bedeutet, dass sie sich gegenseitig unterstützen können”, sagte Paul Hertz, Direktor der Astrophysics Division der NASA in Washington. “Wenn ein Teleskop eine Entdeckung macht, können andere mit ergänzenden Fähigkeiten hinzugezogen werden, um sie in anderen Wellenlängen zu erforschen.”
Der Schlüssel zu NuSTARs Entdeckung waren seine Empfindlichkeit für hochenergetische Röntgenstrahlen und seine Fähigkeit, das Timing der Signale präzise zu messen. Das erlaubte den Astronomen, eine Pulsrate von 1,37 Sekunden zu messen. Sie stellten auch fest, dass die Energieabgabe das Äquivalent von zehn Millionen Sonnen aufweist – das ist zehnmal mehr, als bei anderen Röntgenpulsaren beobachtet wurde. Das ist sehr viel für Etwas mit der Masse unserer Sonne und der Größe Pasadenas.
Wie kann dieser winzige, tote Stern so gewaltig strahlen? Astronomen sind nicht sicher, aber sie sagen, es liegt wahrscheinlich an einem Festessen kosmischer Art. Wie es bei Schwarzen Löchern der Fall ist, kann auch die Gravitation eines Neutronensterns Materie von Begleitsternen abziehen. Wenn die Materie auf den Neutronenstern gezogen wird, heizt sie sich auf und leuchtet im Röntgenbereich. Falls der Pulsar wirklich umgebende Materie anzieht, dann tut er es mit einer derart extremen Rate, dass sich die Theoretiker am Kopf kratzen müssen.
Astronomen planen Folgebeobachtungen mit NuSTAR, Swift und Chandra, um eine Erklärung für das bizarre Verhalten des Pulsars zu finden. Das NuSTAR-Team wird zudem weitere ultraleuchtkräftige Röntgenquellen beobachten, was bedeutet, dass sie mehr Pulsare registrieren könnten. Zu diesem Zeitpunkt ist es nicht sicher, ob M82 X-2 eine Kuriosität ist, oder ob mehr ultraleuchtkräftige Röntgenquellen mit dem Puls von toten Sternen schlagen. NuSTAR ist ein relativ kleines Teleskop, aber es hat das Rätsel der Schwarzen Löcher noch vertieft.
“In den Nachrichten haben wir kürzlich gesehen, dass eine andere Quelle ungewöhnlich heller Röntgenstrahlen in der Galaxie M82 ein mittelschweres Schwarzes Loch zu sein scheint”, sagte die Astronomin Jeanette Gladstone von der University of Alberta (Kanada), die nicht an der Studie beteiligt war. “Jetzt stellen wir fest, dass die zweite Quelle heller Röntgenstrahlen in M82 gar kein Schwarzes Loch ist. Das wird Theoretiker herausfordern und den Weg für ein neues Verständnis über die Vielfalt dieser faszinierenden Objekte ebnen.”
Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4328
(THK)
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