Wissenschaftler haben mit dem Fermi Gamma-ray Space Telescope der NASA den ersten Gammapulsar in einer Galaxie außerhalb unserer eigenen entdeckt. Das Objekt stellt einen neuen Rekord für den leuchtstärksten bekannten Gammapulsar auf.
Der Pulsar liegt in den Randgebieten des Tarantelnebels in der Großen Magellanschen Wolke, einer kleinen Galaxie, die unsere Milchstraßen-Galaxie umkreist und rund 163.000 Lichtjahre entfernt ist. Der Tarantelnebel ist die größte, aktivste und komplexeste Sternentstehungsregion in unserer galaktischen Nachbarschaft. Der Pulsar wurde zu Beginn der Fermi-Mission als eine helle Gammastrahlenquelle (die energiereichste Form von Licht) identifiziert. Anfangs machten Astronomen Kollisionen von subatomaren Teilchen für dieses Leuchten verantwortlich, welche durch die Schockwellen von Supernova-Explosionen beschleunigt wurden.
„Jetzt ist klar, dass ein einziger Pulsar namens PSR J0540-6919 für ungefähr die Hälfte der Gammahelligkeit verantwortlich ist, von der wir ursprünglich annahmen, dass sie von dem Nebel stammt. Das ist eine echte Überraschung“, sagte der leitende Wissenschaftler Pierrick Martin. Martin ist Astrophysiker am National Center for Scientific Research (CNRS) und arbeitet auch am Research Institute in Astrophysics and Planetology in Toulouse (Frankreich).
Wenn ein massereicher Stern als Supernova explodiert, kann der Kern des Sterns als Neutronenstern überleben. Dabei vereinigt er die Masse von einer halben Million Erden in einer magnetisierten Kugel, die nicht größer ist als Washington, D.C. Ein junger, isolierter Neutronenstern rotiert zigmal pro Sekunde, und seine rasch rotierenden Magnetfelder erzeugen Strahlen aus Radiowellen, sichtbarem Licht, Röntgen- und Gammalicht. Wenn ein solcher Strahl die Erde überstreicht, beobachten Astronomen ein regelmäßiges Aufblitzen und das Objekt wird als Pulsar klassifiziert.
Es war bekannt, dass der Tarantelnebel zwei Pulsare enthält (PSR J0540-6919, kurz J0540, und PSR J0537-6910, kurz J0537), die mit Hilfe des Einstein-Satelliten bzw. des Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) entdeckt wurden. J0540 rotiert knapp 20 Mal pro Sekunde, während J0537 mit fast 62 Umdrehungen pro Sekunde rotiert – das ist die schnellste bekannte Rotationsperiode eines jungen Pulsars.
Trotzdem waren mehr als sechs Beobachtungsjahre mit Fermis Large Area Telescope (LAT) und eine komplett neue Analyse aller LAT-Daten in einem Prozess namens Pass 8 nötig, um Gammapulse von J0540 zu registrieren. Die Fermi-Daten setzen obere Grenzen für die Gammapulse von J0537, aber haben sie bislang noch nicht registriert. Martin und seine Kollegen präsentieren diese Ergebnisse in einer Abhandlung, die am 13. November 2015 im Journal Science erschien.
„Die Gammapulse von J0540 haben die 20-fache Intensität des bisherigen Rekordhalters, dem Pulsar im Zentrum des berühmten Krebsnebel, auch wenn sie vergleichbare Stärken bei den Radio-, optischen, und Röntgenemissionen aufweisen“, sagte der Co-Autor Lucas Guillemot vom Laboratory for Physics and Chemistry of Environment and Space des CNRS und der University of Orléans in Frankreich. Die Untersuchung dieser Unterschiede wird uns zu einem besseren Verständnis der extremen physikalischen Prozesse führen, die in jungen Pulsaren am Werk sind.“
Video-Link: https://youtu.be/kWt1LXNHc-I
Videobeitrag über die Entdeckung des ersten Gammapulsars außerhalb der Milchstraßen-Galaxie. (NASA / Goddard Space Flight Center)
J0540 ist ein seltener Fund mit einem Alter von etwa 1.700 Jahren – etwa doppelt so alt wie der Pulsar im Krebsnebel. Im Gegensatz dazu sind die meisten der mehr als 2.500 bekannten Pulsare 10.000 bis hunderte Millionen Jahre alt. Trotz der Helligkeit von J0540 erreichen zu wenig Gammastrahlen das LAT, um die Pulse zu registrieren, ohne die Periode im Voraus zu kennen. Diese Information kommt von einer Langzeitüberwachungskampagne mit dem RXTE, die beide Pulsare vom Beginn der Femi-Mission an bis Ende 2011 aufzeichnete, als der RXTE den Betrieb einstellte.
„Diese Kampagne begann als Suche nach einem Pulsar, der von der Supernova SN 1987A zurückgelassen wurde, der nächstgelegenen Supernova seit der Erfindung des Teleskops“, sagte der Co-Autor Francis Marshall, ein Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). „Die Suche war nicht erfolgreich, aber sie entdeckte J0537.“ Vor dem Start Fermis im Jahr 2008 waren nur sieben Gammapulsare bekannt. Bis jetzt hat die Mission mehr als 160 gefunden.
Das Fermi Gamma-ray Space Telescope der NASA ist eine Partnerschaft von Astrophysikern und Teilchenphysikern. Es wurde in Zusammenarbeit mit dem US-Energieministerium und mit wichtigen Beiträgen von akademischen Institutionen und Partnern in Frankreich, Deutschland, Italien, Japan, Schweden und den Vereinigten Staaten entwickelt.
(THK)
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