Zum ersten Mal wurde ein seltsamer, „gartensprinklerartiger“ Strahl fotografiert, der von einem Neutronenstern ausgeht.
Die S-förmige Struktur entsteht, wenn der Jet aufgrund der Taumelbewegung der Scheibe aus heißem Gas um den Stern seine Richtung ändert – ein Vorgang namens Präzession, der bei Schwarzen Löchern beobachtet wurde, bislang jedoch noch nie bei Neutronensternen.
Dieses besondere Objekt befindet sich im Doppelsternsystem Circinus X-1, mehr als 30.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, und entstand aus dem Kern eines massereichen Überriesensterns, der etwa zur selben Zeit kollabierte, als Stonehenge erbaut wurde.
Es ist so dicht, dass ein Teelöffel seines Materials so viel wiegt wie der Mount Everest.
Doppelsternsysteme bestehen aus zwei Sternen, die durch ihre Schwerkraft miteinander verbunden sind. Im Fall von Circinus X-1 ist einer davon ein Neutronenstern.
Sowohl Neutronensterne als auch Schwarze Löcher sind kosmologische Monster, die entstehen, wenn die größten Sterne im Universum sterben und unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren.
Allerdings sind letztere wesentlich massereicher und nur durch ihre Gravitationswirkung erkennbar, während erstere trotz ihrer Dichte direkt beobachtet werden können.
Sie gehören zu den extremsten Objekten im Universum und ihr Inneres besteht fast vollständig aus Neutronen.
Der vom Neutronenstern ausgehende Jet wurde von einem Team von Astronomen der Universität Oxford entdeckt, die mit MeerKAT – einem Radioteleskop in Südafrika – die detailreichsten und hochauflösenden Bilder von Circinus X-1 erstellten.
Bildnachweis: Royal Astronomical Society
Die Bilder, die diese Woche präsentiert wurden, Nationales Astronomietreffen Zu den neuesten Arbeiten der Universität Hull gehört das allererste Bild eines S-förmigen Jets, der von einem bestätigten Neutronenstern ausgeht – ein Durchbruch, der helfen könnte, die extreme Physik hinter dem astronomischen Phänomen zu entschlüsseln.
Der leitende Forscher Fraser Cowie sagte, es gebe ein weiteres System namens SS433, das für seine S-förmigen Jets bekannt sei, doch neuere Ergebnisse legten nahe, dass es sich bei diesem Objekt wahrscheinlich um ein schwarzes Loch handele.
„Auf diesem Bild haben wir zum ersten Mal starke Hinweise auf einen präzedierenden Jet eines bestätigten Neutronensterns gesehen“, sagte er.
„Dieser Beweis kommt sowohl von der symmetrischen S-Form des Radiostrahlung emittierenden Plasmas in den Jets als auch von der schnellen, breiten Stoßwelle, die nur durch einen Richtungswechsel eines Jets erzeugt werden kann.
„Dies wird wertvolle Informationen über die extreme Physik hinter dem Start des Jets liefern, ein Phänomen, das noch immer nicht gut verstanden ist.“
Die enorme Dichte des Neutronensterns erzeugt eine starke Schwerkraft, die dem Begleitstern Gas entzieht, sodass sich um ihn herum eine Scheibe aus heißem Gas bildet, die sich spiralförmig nach unten zu seiner Oberfläche bewegt.
Dieser Prozess, Akkretion genannt, setzt pro Sekunde enorme Energiemengen frei, die mehr Kraft haben als eine Million Sonnen. Ein Teil dieser Energie treibt Jets an – schmale Strahlen aus aus dem Doppelsternsystem austretenden Materials, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Jüngste Upgrades des MeerKAT-Teleskops haben zu einer ausgezeichneten Empfindlichkeit und höher aufgelösten Bildern geführt. Damit konnte das Team im Jet von Circinus X-1 deutliche Hinweise auf eine S-förmige Struktur erkennen, die in ihrer Form dem Wasser ähnelt, das aus einem Gartensprinkler spritzt.
Darüber hinaus entdeckten die Forscher auch bewegliche Terminationsschocks – die ersten, die von einem Röntgendoppelstern aufgezeichnet wurden. Dabei handelt es sich um Bereiche, in denen der Jet heftig in das umgebende Material stößt und eine Stoßwelle verursacht.
Cowies Team maß die Wellen, die sich mit etwa 10 % der Lichtgeschwindigkeit bewegten, und bestätigte damit, dass sie durch den schnellen Jet und nicht durch etwas Langsameres wie etwa einen Wind aus Materie von den Sternen verursacht wurden.
„Die Tatsache, dass diese Stoßwellen einen weiten Winkel abdecken, stimmt mit unserem Modell überein“, sagte Cowie. „Wir haben also zwei starke Beweise dafür, dass der Neutronensternjet präzediert.“
Durch die Messung der Geschwindigkeit der Stoßwellen können die Astronomen auch besser verstehen, woraus der Strahl besteht, der sie verursacht.
Die Stoßwellen wirken im Weltraum effektiv als Teilchenbeschleuniger – sie erzeugen hochenergetische kosmische Strahlung – und die maximale Energie der Teilchen, die beschleunigt werden können, hängt von ihrer Geschwindigkeit ab.
„Circinus X-1 ist eines der hellsten Objekte am Röntgenhimmel und wird seit über einem halben Jahrhundert untersucht“, sagte Cowie. „Aber trotz allem bleibt es eines der rätselhaftesten Systeme, die wir kennen.“
„Einige Aspekte seines Verhaltens sind nicht gut erklärt, daher ist es sehr lohnend, dabei zu helfen, neues Licht auf dieses System zu werfen und dabei auf 50 Jahre Arbeit anderer aufzubauen.“
Er fügte hinzu: „Die nächsten Schritte werden darin bestehen, die Jets weiterhin zu überwachen und zu sehen, ob sie sich im Laufe der Zeit wie erwartet verändern.“
„Dadurch können wir ihre Eigenschaften genauer messen und noch mehr über dieses rätselhafte Objekt erfahren.“