Bildnachweis: NASA
Wissenschaftler des kanadischen Instituts für Theoretische Astrophysik (CITA) und der NASA haben beispiellose Details des wirbelnden Gasflusses erfasst, der nur wenige Meilen von der Oberfläche eines Neutronensterns entfernt schwebt, der selbst eine Kugel mit einem Durchmesser von nur zehn Meilen ist.
Eine massive und seltene Explosion auf der Oberfläche dieses Neutronensterns, die in drei Stunden mehr Energie ausströmt als die Sonne in 100 Jahren, beleuchtete das Gebiet und ermöglichte es den Wissenschaftlern, Details der Region auszuspionieren, die noch nie zuvor enthüllt worden waren. Sie konnten Details sehen, die so fein waren wie der Gasring, der herumwirbelte und auf den Neutronenstern floss, als dieser Ring sich von der Explosion abknickte und dann nach ungefähr 1.000 Sekunden langsam seine ursprüngliche Form wiedererlangte.
All dies geschah 25.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und wurde durch einen Prozess namens Spektroskopie mit dem Rossi X-ray Timing Explorer der NASA Sekunde für Sekunde filmartig erfasst.
Dr. David Ballantyne von CITA an der Universität von Toronto und Dr. Tod Strohmayer vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md., Präsentieren dieses Ergebnis in einer kommenden Ausgabe von Astrophysical Journal Letters. Die Beobachtung bietet neue Einblicke in den Fluss der „Akkretionsscheibe“ eines Neutronensterns (und möglicherweise eines Schwarzen Lochs), die normalerweise viel zu klein ist, um selbst mit den leistungsstärksten Teleskopen aufgelöst zu werden.
"Dies ist das erste Mal, dass wir die inneren Bereiche einer Akkretionsscheibe, in diesem Fall buchstäblich ein paar Meilen von der Oberfläche des Neutronensterns entfernt, beobachten können, um ihre Struktur in Echtzeit zu ändern", sagte Ballantyne. „Es ist bekannt, dass Akkretionsscheiben um viele Objekte im Universum fließen, von neu gebildeten Sternen bis zu riesigen schwarzen Löchern in entfernten Quasaren. Details darüber, wie eine solche Festplatte fließt, konnten bisher nur abgeleitet werden. “
Ein Neutronenstern ist der dichte Kern eines explodierten Sterns, der mindestens achtmal so massereich ist wie die Sonne. Der Neutronenstern enthält etwa die Masse einer Sonne, die in einer Kugel verpackt ist, die nicht größer als Toronto ist. Eine Akkretionsscheibe bezieht sich auf den Fluss von heißem Gas (Plasma), das um Neutronensterne und Schwarze Löcher herumwirbelt und von der starken Schwerkraft der Region angezogen wird. Dieses Gas wird oft von einem Nachbarstern geliefert.
Wenn Materie auf den Neutronenstern stürzt, bildet sie eine 10 bis 100 Meter lange Materialschicht, die hauptsächlich aus Helium besteht. Die Fusion des Heliums mit Kohlenstoff und anderen schwereren Elementen setzt enorme Energie frei und erzeugt einen starken Röntgenlichtstoß, der weitaus energetischer ist als sichtbares Licht. (Kernfusion ist der gleiche Prozess, der die Sonne antreibt.) Solche Ausbrüche können mehrmals täglich auf einem Neutronenstern auftreten und etwa 10 Sekunden dauern.
Was Ballantyne und Strohmayer an diesem Neutronenstern mit dem Namen 4U 1820-30 beobachteten, war ein „Superburst“. Diese sind viel seltener als gewöhnliche, heliumbetriebene Bursts und setzen tausendmal mehr Energie frei. Wissenschaftler sagen, dass diese Superbursts durch die Bildung von Kernasche in Form von Kohlenstoff aus der Heliumfusion verursacht werden. Aktuelle Überlegungen deuten darauf hin, dass es mehrere Jahre dauert, bis sich die Kohlenstoffasche so weit ansammelt, dass sie zu verschmelzen beginnt.
Der Superburst war so hell und lang, dass er wie ein Scheinwerfer wirkte, der von der Neutronensternoberfläche auf den innersten Bereich der Akkretionsscheibe gestrahlt wurde. Das Röntgenlicht des Bursts beleuchtete Eisenatome in der Akkretionsscheibe, ein Prozess, der als Fluoreszenz bezeichnet wird. Der Rossi Explorer erfasste die charakteristische Signatur der Eisenfluoreszenz - also ihr Spektrum. Dies lieferte wiederum Informationen über die Temperatur, Geschwindigkeit und Position des Eisens um den Neutronenstern.
"Der Rossi Explorer kann alle paar Sekunden eine gute Messung des Fluoreszenzspektrums der Eisenatome erhalten", sagte Strohmayer. „Wenn wir all diese Informationen zusammenzählen, erhalten wir ein Bild davon, wie diese Akkretionsscheibe durch die thermonukleare Explosion deformiert wird. Dies ist der beste Look, auf den wir hoffen können, denn die Auflösung, die erforderlich ist, um diese Aktion tatsächlich als Bild anstelle von Spektren zu sehen, wäre milliardenfach höher als das, was das Hubble-Weltraumteleskop bietet. “
Die Wissenschaftler sagten, dass die platzenden Neutronensterne als Labor dienen, um Akkretionsscheiben zu untersuchen, die (aber weniger detailliert) durch das Universum um nahegelegene stellare Schwarze Löcher und äußerst entfernte Quasar-Galaxien gesehen werden. Stellare Schwarze Löcher mit Akkretionsscheiben erzeugen keine Röntgenstrahlen.
Der Rossi Explorer wurde im Dezember 1995 gestartet, um sich schnell ändernde, energetische und sich schnell drehende Objekte wie supermassereiche Schwarze Löcher, aktive galaktische Kerne, Neutronensterne und Millisekundenpulsare zu beobachten.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
