Das NICER-Teleskop der NASA sieht Hot Spots auf einem Magnetar verschmelzen

Zum ersten Mal von der NASA Neutronenstern Interior Composition Explorer (NICER) hat die Verschmelzung von Multimillionen-Grad-Röntgenflecken auf der Oberfläche eines Magnetars beobachtet, eines supermagnetisierten Sternkerns, der nicht größer als eine Stadt ist.

„NICER verfolgte, wie drei helle, Röntgenstrahlen emittierende Hot Spots langsam über die Oberfläche des Objekts wanderten, während sie gleichzeitig an Größe abnahmen, und lieferte so den bisher besten Blick auf dieses Phänomen“, sagte George Younes, ein Forscher an der George Washington University in Washington und der NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. „Der größte Fleck verschmolz schließlich mit einem kleineren, was wir noch nie zuvor gesehen haben.“

Diese einzigartige Reihe von Beobachtungen, beschrieben in einem von Younes geleiteten und am 13. Januar veröffentlichten Artikel Die Briefe des astrophysikalischen Journalswird dazu beitragen, Wissenschaftler zu einem umfassenderen Verständnis des Zusammenspiels zwischen der Kruste und dem Magnetfeld dieser extremen Objekte zu führen.

Ein Magnetar ist eine Art isolierter Neutronenstern, der zertrümmerte Kern, der zurückbleibt, wenn ein massereicher Stern explodiert. Ein Neutronenstern komprimiert mehr Masse als die Sonne zu einer Kugel mit einem Durchmesser von etwa 20 Kilometern und besteht aus Materie, die so dicht ist, dass ein Teelöffel so viel wiegen würde wie ein Berg auf der Erde.

Was Magnetare auszeichnet, ist, dass sie die stärksten bekannten Magnetfelder aufweisen, bis zu 10 Billionen Mal intensiver als die eines Kühlschrankmagneten und tausend Mal stärker als die eines typischen Neutronensterns. Das Magnetfeld stellt einen enormen Energiespeicher dar, der, wenn er gestört wird, einen Ausbruch verstärkter Röntgenaktivität antreiben kann, der Monate bis Jahre anhält.

Am 10. Oktober 2020 die NASA Neil Gehrels Swift-Observatorium entdeckte einen solchen Ausbruch eines neuen Magnetars namens SGR 1830-0645 (kurz SGR 1830). Es befindet sich im Sternbild Scutum, und obwohl seine Entfernung nicht genau bekannt ist, schätzen Astronomen, dass das Objekt etwa 13.000 Lichtjahre entfernt liegt. Swift richtete sein Röntgenteleskop auf die Quelle und entdeckte wiederholte Impulse, die zeigten, dass sich das Objekt alle 10,4 Sekunden drehte.

NICER-Messungen vom selben Tag zeigen, dass die Röntgenemission bei jeder Umdrehung drei nahe beieinander liegende Spitzen aufwies. Sie wurden verursacht, als sich drei einzelne Oberflächenregionen, die viel heißer als ihre Umgebung waren, in unsere Sicht hinein und wieder heraus drehten.

NICER beobachtete SGR 1830 fast täglich von seiner Entdeckung bis zum 17. November, danach war die Sonne für eine sichere Beobachtung zu nahe am Sichtfeld. Während dieses Zeitraums verschoben sich die Emissionsspitzen allmählich und traten zu leicht unterschiedlichen Zeiten in der Rotation des Magnetars auf. Die Ergebnisse sprechen für ein Modell, bei dem sich die Flecken aufgrund von Krustenbewegungen bilden und bewegen, ähnlich wie die Bewegung tektonischer Platten auf der Erde die seismische Aktivität antreibt.

„Die Kruste eines Neutronensterns ist immens stark, aber das intensive Magnetfeld eines Magnetars kann sie über ihre Grenzen hinaus belasten“, sagte Sam Lander, Astrophysiker an der University of East Anglia in Norwich, Großbritannien, und Mitautor der Papier. „Das Verständnis dieses Prozesses ist eine große Herausforderung für Theoretiker, und jetzt haben uns NICER und SGR 1830 einen viel direkteren Blick darauf geworfen, wie sich die Kruste unter extremer Belastung verhält.“

Das Team ist der Ansicht, dass diese Beobachtungen eine einzelne aktive Region offenbaren, in der die Kruste teilweise geschmolzen ist und sich unter magnetischer Belastung langsam verformt. Die drei sich bewegenden Hot Spots stellen wahrscheinlich Orte dar, an denen koronale Schleifen – ähnlich den hellen, leuchtenden Plasmabögen, die man auf der Sonne sieht – mit der Oberfläche verbunden sind. Das Zusammenspiel zwischen den Schleifen und der Krustenbewegung treibt das Drift- und Verschmelzungsverhalten an.

„Änderungen der Pulsform, einschließlich einer abnehmenden Anzahl von Peaks, wurden zuvor nur in wenigen zeitlich weit auseinander liegenden ‚Schnappschuss‘-Beobachtungen beobachtet, sodass es keine Möglichkeit gab, ihre Entwicklung zu verfolgen“, sagte Zaven Arzoumanian, der wissenschaftliche Leiter von NICER bei Goddard . „Solche Veränderungen könnten plötzlich aufgetreten sein, was eher mit einem schwankenden Magnetfeld vereinbar wäre als mit wandernden Hot Spots.“

NICER ist eine Astrophysics Mission of Opportunity im Rahmen des Explorers Program der NASA, das häufige Flugmöglichkeiten für wissenschaftliche Untersuchungen von Weltklasse aus dem Weltraum bietet, wobei innovative, optimierte und effiziente Managementansätze in den Wissenschaftsbereichen Heliophysik und Astrophysik zum Einsatz kommen. Das Space Technology Mission Directorate der NASA unterstützt die SEXTANT-Komponente der Mission und demonstriert die Pulsar-basierte Raumfahrzeugnavigation.