Wenn massive Sterne das Ende ihres Lebenszyklus erreichen, explodieren sie in einer massiven Supernova und werfen den größten Teil ihres Materials ab. Was übrig bleibt, ist ein "Milliskundenpulsar", ein super dichter, hochmagnetisierter Neutronenstern, der sich schnell dreht und Strahlen elektromagnetischer Strahlung aussendet. Schließlich verlieren diese Sterne ihre Rotationsenergie und beginnen langsamer zu werden, aber sie können mit Hilfe eines Begleiters wieder beschleunigen.
Einer kürzlich durchgeführten Studie zufolge hat ein internationales Wissenschaftlerteam dieses seltene Ereignis bei der Beobachtung eines ultraschwachen Pulsars in der benachbarten Andromeda-Galaxie (XB091D) beobachtet. Die Ergebnisse ihrer Studie zeigten, dass dieser Pulsar in den letzten einer Million Jahren schneller geworden ist, was wahrscheinlich das Ergebnis eines gefangenen Gefährten ist, der seitdem seine schnelle Rotationsgeschwindigkeit wiederhergestellt hat.
Wenn sich ein Pulsar mit einem gewöhnlichen Stern paart, ist das Ergebnis typischerweise ein binäres System, das aus einem Pulsar und einem weißen Zwerg besteht. Dies geschieht, nachdem der Pulsar die äußeren Schichten eines Sterns abgezogen und ihn in einen weißen Zwerg verwandelt hat. Das Material aus dieser äußeren Schicht bildet dann eine Akkretionsscheibe um den Pulsar, die einen „Hot Spot“ erzeugt, der im Röntgenspektrum hell strahlt und bei dem die Temperaturen bis zu Millionen Grad erreichen können.
Das Team wurde von Ivan Zolotukhin vom Sternberg Astronomical Institute der Lomonosov Moscow State University (MSU) geleitet und bestand aus Astronomen der Universität Toulouse, des Nationalen Instituts für Astrophysik (INAF) und des Smithsonian Astrophysical Observatory. Die Studienergebnisse wurden in veröffentlicht Das astrophysikalische Journal unter dem Titel „Der am langsamsten drehende Röntgenpulsar in einem extragalaktischen Kugelsternhaufen“.
Wie sie in ihrer Arbeit darlegen, wurde die Detektion dieses Pulsars dank der Daten ermöglicht, die vom XMM-Newton-Weltraumobservatorium von 2000 bis 2013 gesammelt wurden. In dieser Zeit hat XMM-Newton Informationen zu ungefähr 50 Milliarden Röntgenphotonen gesammelt, die von Astronomen der Lomosov MSU in einer offenen Online-Datenbank zusammengefasst wurden.
Diese Datenbank hat es Astronomen ermöglicht, viele zuvor entdeckte Objekte genauer zu betrachten. Dazu gehört XB091D, ein Pulsar mit einer Sekundenperiode (auch bekannt als „zweiter Pulsar“), der sich in einem der ältesten Kugelsternhaufen der Andromeda-Galaxie befindet. Es war jedoch keine leichte Aufgabe, die Röntgenfotos zu finden, mit denen sie XB091D charakterisieren konnten. Wie Ivan Zolotukhin in einer Pressemitteilung der MSU erklärte:
„Die Detektoren von XMM-Newton erfassen alle fünf Sekunden nur ein Photon von diesem Pulsar. Daher kann die Suche nach Pulsaren unter den umfangreichen XMM-Newton-Daten mit der Suche nach einer Nadel im Heuhaufen verglichen werden. Tatsächlich mussten wir für diese Entdeckung völlig neue mathematische Werkzeuge erstellen, mit denen wir das periodische Signal suchen und extrahieren konnten. Theoretisch gibt es viele Anwendungen für diese Methode, auch außerhalb der Astronomie. “
Basierend auf insgesamt 38 XMM-Newton-Beobachtungen gelangte das Team zu dem Schluss, dass sich dieser Pulsar (der zu dieser Zeit der einzige bekannte Pulsar seiner Art außerhalb unserer Galaxie war) in den frühesten Stadien der „Verjüngung“ befindet. Kurz gesagt, ihre Beobachtungen zeigten, dass der Pulsar vor weniger als 1 Million Jahren zu beschleunigen begann. Diese Schlussfolgerung basierte auf der Tatsache, dass XB091D der langsamste rotierende Kugelsternhaufenpulsar ist, der bisher entdeckt wurde.
Der Neutronenstern vollendet eine Umdrehung in 1,2 Sekunden, was mehr als zehnmal langsamer ist als der vorherige Rekordhalter. Aus den beobachteten Daten konnten sie auch die Umgebung um XB091D charakterisieren. Zum Beispiel fanden sie heraus, dass sich der Pulsar und sein binäres Paar in einem extrem dichten Kugelhaufen (B091D) in der Andromeda-Galaxie befinden - etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt.
Dieser Cluster ist schätzungsweise 12 Milliarden Jahre alt und enthält Millionen alter, schwacher Sterne. Sein Begleiter ist mittlerweile ein Stern mit einer Sonnenmasse von 0,8, und das binäre System selbst hat eine Rotationsperiode von 30,5 Stunden. Und in ungefähr 50.000 Jahren, so schätzen sie, wird der Pulsar ausreichend beschleunigen, um wieder eine in Millisekunden gemessene Rotationsperiode zu haben - d. H. Einen Millisekundenpulsar.
Interessanterweise ermöglichte es die Position des XB910D in dieser riesigen Region von Sternen mit super hoher Dichte, einen Gefährten vor etwa 1 Million Jahren einzufangen und überhaupt erst mit dem Prozess der „Verjüngung“ zu beginnen. Wie Zolotukhin erklärte:
„In unserer Galaxie werden in 150 bekannten Kugelhaufen keine derart langsamen Röntgenpulsare beobachtet, da ihre Kerne nicht groß und dicht genug sind, um nahe Binärsterne mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit zu bilden. Dies weist darauf hin, dass der B091D-Clusterkern mit einer extrem dichten Zusammensetzung von Sternen im XB091D viel größer ist als der des üblichen Clusters. Wir haben es also mit einem großen und eher seltenen Objekt zu tun - mit einem dichten Überrest einer kleinen Galaxie, die die Andromeda-Galaxie einst verschlungen hat. Die Dichte der Sterne hier in einer Region mit einem Durchmesser von etwa 2,5 Lichtjahren ist etwa 10 Millionen Mal höher als in der Nähe der Sonne. “
Dank dieser Studie und der mathematischen Werkzeuge, die das Team entwickelt hat, um sie zu finden, werden Astronomen in den kommenden Jahren wahrscheinlich in der Lage sein, viele zuvor entdeckte Objekte erneut zu besuchen. Innerhalb dieser riesigen Datensätze könnte es viele Beispiele für seltene astronomische Ereignisse geben, die nur darauf warten, beobachtet und richtig charakterisiert zu werden.
Weiterführende Literatur: The Astrophysical Journal, Lomonosov Moscow State University
