Neue Erkenntnisse über Röntgenstrahlen von Neutronensternen

LONDON (IT BOLTWISE) – Ein internationales Forscherteam hat kürzlich eine bedeutende Entdeckung über die Herkunft mysteriöser Röntgenstrahlen von einem seltenen, schnell rotierenden Neutronenstern gemacht.

Ein internationales Team von Astronomen hat ein langjähriges Rätsel um einen seltenen, schnell rotierenden Neutronenstern namens PSR J1023+0038 gelöst. Mithilfe von NASAs IXPE-Teleskop und einer Vielzahl von Observatorien entdeckten Wissenschaftler, dass die intensiven Röntgenstrahlen des Systems nicht wie zuvor angenommen von seiner leuchtenden Akkretionsscheibe stammen, sondern von einem chaotischen, hochgeschwindigkeits Partikelwind, der vom Pulsar selbst ausgestoßen wird. Diese Erkenntnisse stellen alte Modelle in Frage und enthüllen einen einzigen, mächtigen Mechanismus hinter der Strahlung des Pulsars. Es ist eine dramatische Wendung in unserem Verständnis davon, wie tote Sterne das Universum weiterhin erhellen können.

Die Forscher, die in den USA, Italien und Spanien arbeiten, konzentrierten ihre Untersuchung auf ein rätselhaftes Sternensystem, das als PSR J1023+0038 oder einfach J1023 bekannt ist. Dieses System besteht aus einem schnell rotierenden Neutronenstern, der Material von einem kleineren Begleitstern anzieht. Dadurch hat sich eine Akkretionsscheibe aus Materie um den Neutronenstern gebildet. Der Neutronenstern fungiert auch als Pulsar und sendet intensive Strahlen von Strahlung von seinen magnetischen Polen aus, während er sich dreht, wodurch ein Muster entsteht, das einem Leuchtturm ähnelt, der durch den Raum fegt.

Besonders wichtig ist J1023, weil es zwischen zwei unterschiedlichen Phasen wechselt. In einer Phase zieht der Pulsar aktiv Material von seinem Begleitstern an. In der anderen wird er ruhiger und sendet nachweisbare Impulse als Radiowellen aus. Aufgrund dieses Verhaltens klassifizieren Astronomen ihn als einen “transitional millisecond pulsar”.

“Transitional millisecond pulsars sind kosmische Labore, die uns helfen zu verstehen, wie sich Neutronensterne in Binärsystemen entwickeln”, sagte die Forscherin Maria Cristina Baglio vom italienischen Nationalen Institut für Astrophysik (INAF) Brera Observatory in Merate, Italien, und Hauptautorin eines Artikels in The Astrophysical Journal Letters, der die neuen Erkenntnisse illustriert.

Die große Frage für Wissenschaftler über dieses Pulsarsystem war: Woher stammen die Röntgenstrahlen? Die Antwort würde breitere Theorien über Teilchenbeschleunigung, Akkretionsphysik und die Umgebungen von Neutronensternen im gesamten Universum informieren. Die Quelle überraschte sie: Die Röntgenstrahlen kamen vom Pulsarwind, einem chaotischen Gemisch aus Gasen, Schockwellen, Magnetfeldern und Teilchen, die nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und auf die Akkretionsscheibe treffen.

Um dies festzustellen, mussten Astronomen den Polarisationswinkel sowohl im Röntgen- als auch im optischen Licht messen. Polarisation ist ein Maß dafür, wie organisiert Lichtwellen sind. Sie betrachteten die Röntgenpolarisation mit IXPE, dem einzigen Teleskop, das diese Messung im Weltraum durchführen kann, und verglichen sie mit der optischen Polarisation vom Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile. IXPE wurde im Dezember 2021 gestartet und hat viele Beobachtungen von Pulsaren gemacht, aber J1023 war das erste System seiner Art, das es erforschte.

Die Ergebnisse: Wissenschaftler fanden denselben Polarisationswinkel über die verschiedenen Wellenlängen hinweg. “Diese Erkenntnis ist ein überzeugender Beweis dafür, dass ein einziger, kohärenter physikalischer Mechanismus das Licht, das wir beobachten, untermauert”, sagte Francesco Coti Zelati vom Institut für Weltraumwissenschaften in Barcelona, Spanien, Co-Leitautor der Ergebnisse. Diese Interpretation stellt die konventionelle Weisheit über die Emissionen von Neutronensternen in Binärsystemen in Frage, sagten die Forscher. Frühere Modelle hatten darauf hingewiesen, dass die Röntgenstrahlen von der Akkretionsscheibe stammen, aber diese neue Studie zeigt, dass sie vom Pulsarwind ausgehen.

“IXPE hat viele isolierte Pulsare beobachtet und festgestellt, dass der Pulsarwind die Röntgenstrahlen antreibt”, sagte der NASA-Marshall-Astrophysiker Philip Kaaret, Hauptforscher für IXPE am NASA-Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama. “Diese neuen Beobachtungen zeigen, dass der Pulsarwind den größten Teil der Energieausgabe des Systems antreibt.”

Astronomen studieren weiterhin Übergangsmillisekundenpulsare und bewerten, wie die beobachteten physikalischen Mechanismen mit denen anderer Pulsare und Pulsarwindnebel verglichen werden können. Erkenntnisse aus diesen Beobachtungen könnten dazu beitragen, theoretische Modelle zu verfeinern, die beschreiben, wie Pulsarwinde Strahlung erzeugen – und Forscher einen Schritt näher bringen, die physikalischen Mechanismen in diesen außergewöhnlichen kosmischen Systemen vollständig zu verstehen.

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