Eine neue Studie hilft dabei, eine der großen Fragen zu erklären, die Astrophysikern seit 30 Jahren Kopfzerbrechen bereitet: Was verursacht die variierende Helligkeit von fernen Magnetaren?
Magnetare entstehen durch Supernovae und besitzen extrem starke Magnetfelder, die etwa 100 Millionen Millionen Mal stärker als das Erdmagnetfeld sind. Das Magnetfeld eines Magnetars erzeugt Hitze und Röntgenstrahlung. Es ist so stark, dass es die physikalischen Eigenschaften von Materie beeinflusst. Besonders bemerkenswert ist hier die Beeinflussung, wie die Hitze durch die Kruste des Sterns und seine Oberfläche geleitet wird, was die Helligkeitsveränderungen verursacht, die Astrophysiker und Astronomen verblüfft haben.
Ein Forschungsteam unter Leitung von Dr. Andrei Igoshev von der University of Leeds hat ein mathematisches Modell entwickelt, das die Art und Weise simuliert, wie das Magnetfeld die gleichförmige Wärmeverteilung stört, was in heißeren und kühleren Regionen resultiert. Der Temperaturunterschied zwischen den Regionen kann bis zu eine Million Grad Celsius betragen. Diese heißeren und kühleren Regionen emittieren Röntgenstrahlung unterschiedlicher Intensität – und genau diese Veränderungen der Röntgenintensität werden von Weltraumteleskopen als Helligkeitsveränderungen registriert.
Die Ergebnisse wurden unter dem Titel „Strong toroidal magnetic fields required by quiescent X-ray emission of magnetars“ im Journal Nature Astronomy veröffentlicht. Die Studie wurde vom Science and Technology Facilities Council (STFC) finanziert.
„Wir sehen dieses konstante Muster aus heißen und kühlen Regionen. Unser Modell basiert auf der Physik von Magnetfeldern und der Wärmephysik. Es sagt die Größe, Position und Temperatur dieser Regionen voraus. Damit hilft es bei der Erklärung der Daten, die im Laufe mehrerer Jahrzehnte von Satellitenteleskopen gesammelt wurden und die Astronomen kopfkratzend mit der Frage zurückließen, warum die Helligkeit von Magnetaren zu variieren schien“, sagte Dr. Igoshev von der School of Mathematics an der University of Leeds.
„Unsere Arbeit umfasste die Formulierung mathematischer Gleichungen, die beschreiben, wie sich die Physik der Magnetfelder und Wärmeverteilung unter den extremen Bedingungen auf diesen Sternen verhalten würde. Die Formulierung dieser Gleichungen brauchte Zeit, aber war unkompliziert. Die große Herausforderung war das Schreiben des Computercodes, um die Gleichungen zu lösen – das dauerte mehr als drei Jahre“, sagte Igoshev.
Als der Code erst einmal geschrieben war, war ein Supercomputer erforderlich, um die Gleichungen zu lösen, was den Wissenschaftlern die Entwicklung ihres Vorhersagemodells ermöglichte. Das Team nutzte die vom STFC finanzierten DiRAC-Supercomputer-Einrichtungen an der University of Leicester. Laut Igoshev wurden die Vorhersagen des Modells gegen die Daten der Weltraumobservatorien geprüft. Das Modell war in zehn von 19 Fällen korrekt. Die im Rahmen der Studie untersuchten Magnetare liegen in der Milchstraßen-Galaxie und sind durchschnittlich 15.000 Lichtjahre entfernt.
Die anderen Mitglieder des Forschungsteams waren Professor Rainer Hollerbach (University of Leeds), Dr. Toby Wood (University of Newcastle) und Dr. Konstantinos N. Gourgouliatos (University of Patras in Griechenland).
(THK)
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