Beobachtungsdaten des europäischen Weltraumteleskops XMM-Newton haben zum ersten Mal die direkte Messung der Magnetfeldstärke eines Neutronensterns ermöglicht – mit einem unerwarteten Ergebnis.
Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA.
(Grafik: ESA)
Neutronensterne sind extrem dichte Überreste von Supernova-Explosionen, die mit sehr hoher Geschwindigkeit rotieren. In einer zunächst sehr heißen Kugel mit nur 20 bis 30 Kilometer Durchmesser ist der Rest des ursprünglichen Sterns unvorstellbar hoch komprimiert (der Großteil seiner Masse ist durch die Supernova-Explosion ins Weltall geschleudert worden), so dass ein mit Neutronenstern-Masse gefüllter Teelöffel auf der Erde mehrere Tonnen wiegen würde.
Obwohl Neutronensterne mittlerweile für Astronomen vertraute kosmische Objekte darstellen sind ihre Eigenschaften im Detail immer noch sehr wenig bekannt. Ihre unmittelbar nach der Entstehung extrem hohe Temperatur kühl sehr schnell ab, so dass die meisten beobachteten Neutronensterne kaum noch im hochenergetischen Röntgenbereich strahlen und damit mit Röntgenstrahlteleskopen wie XMM-Newton meistens nicht zu beobachten sind.
Nun hat aber ein Team unter der Leitung von Prof. Bignami vom Centre d’Étude Spatiale des Rayonnements (CESR) in Toulouse einen noch im Röntgenstrahlenbereich sichtbaren Neutronenstern beobachtet und dabei zum ersten Mal direkt die Stärke des Magnetfeldes messen können. Der Neutronenstern 1E1207.4-5209 wurde 72 Stunden lang von XMM-Newton ins Visier genommen – länger als jedes andere kosmische Objekt in der Geschichte dieses Teleskops -, und das Ergebnis der Magnetfeldmessung war für die Forscher überraschend.
Bisher wurde die Magnetfeldstärke von Neutronensternen nur indirekt bestimmt bzw. geschätzt. Basis hierfür waren zum einen theoretische Annahmen als Ergebnis der Modellierung des Zusammenbruchs massiver Sterne, zum anderen Schätzungen aufgrund der beobachteten Reduzierung der Rotationsgeschwindigkeit von Neutronensternen. Diese Verlangsamung der Rotation kann von Radioteleskopen beobachtet werden, da Neutronensterne im langwelligen Spektralbereich pulsieren und eine Reduzierung der Pulsfrequenz Ergebnis einer langsameren Rotation des Sterns ist.
(Foto: ESA)
Das nun die erste direkte Messung der Magnetfeldstärke gelingen konnte ist dem Umstand zu verdanken, dass die Röntgenstrahlen bei ihrem Weg durch das Magnetfeld des Neutronensterns verändert werden. Ein Teil der Strahlung wird vom Magnetfeld absorbiert, was im Spektrum der von XMM-Newton beobachteten Röntgenstrahlung zu so genanten Zyklotronresonanz-Absorptionslinien führt. Durch Auswertung dieser Absorptionslinien konnte die Mannschaft von Prof. Bignami die Stärke des Magnetfeldes ermitteln, das hierfür verantwortlich war.
Erstaunlicherweise ist die gemessene Stärke aber 30 Mal geringer, als es mit Hilfe der oben genannten Methoden vorhergesagt worden ist. Bisher ist von den Astronomen angenommen worden, dass die „Reibung“ zwischen dem Magnetfeld eines Neutronensternes und seiner Umgebung alleine dafür verantwortlich ist, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Sterns abnimmt – auf Basis dieser Annahme wurden die vorhergesagten Magnetfeldstärken berechnet. Im Fall von 1E1207.4-5209 scheint diese Annahme aber nicht zu stimmen, so dass noch andere Faktoren für die Verlangsamung der Drehung verantwortlich sein müssen. Welche Faktoren das sein sollen ist noch nicht klar, möglicherweise ist eine um den Neutronenstern befindliche Scheibe aus Überresten der Supernova dafür verantwortlich.
Ebenfalls noch unbeantwortet bleibt die Frage, ob 1E1207.4-5209 einen Sonderfall unter den Neutronensternen darstellt oder ob andere Neutronensterne vergleichbare Daten zeigen. Zu diesem Zweck sollen in Zukunft weitere Beobachtungen von Neutronensternen durch XMM-Newton vorgenommen werden.
