26.09.2018

Materiestrahl trotz starkem Magnetfeld

Pulsar überrascht Astronomen – und stellt bisherige Modelle für die Entstehung von Jets infrage.

Am 3. Oktober 2017 registrierte der US-amerikanische Astronomie-Satellit Swift einen Röntgen­strahlungs­ausbruch von einer neuen, zuvor unbekannten Quelle. Die Strahlung pulsierte mit einer Periode von 9,86 Sekunden und verriet so, dass es sich bei der als Sw J0243 katalogisierten Quelle um einen vergleichs­weise langsam rotierenden Pulsar handelt. Weitere Analysen der empfangenen Strahlung zeigten, dass der Pulsar ein extrem starkes Magnet­feld mit einer Feld­stärke von mehr als 1012 Gauss besitzt und Materie akkretiert, vermutlich von einem benach­barten masse­reichen Stern des Spektral­typs Be.

Abb.: Von einem nahen Stern strömt Materie zu einem Neutronen­stern und sammelt sich in einer Akkretions­scheibe. Ein Teil der einfallenden Materie bildet stark gebündelte Materie­strahlen, die Jets. (Bild: NASA / JPL-Caltech)

Alarmiert von Swift begann ein Forscherteam um Jakob van den Eijnden von der Universität Amsterdam in den Nieder­landen sofort damit, die neu entdeckte Quelle mit dem Very Large Array in den USA auch im Radio­bereich zu beobachten. Zunächst ließ sich keine Radio­strahlung nach­weisen, doch das änderte sich, als die Röntgen­strahlung ihr Maximum erreichte. Die Intensität der vom VLA empfangenen Radio­strahlung fiel dann korreliert mit der Entwicklung im Röntgen­bereich ab, wobei sich auch der Spektral­index der Radio­strahlung änderte. War das Radio­spektrum zunächst steil, so wurde es zusehends flacher.

Die beobachteten Eigenschaften der Radiostrahlung von Sw J0243 sind typisch für die Entstehung und Entwicklung relativistischer Jets, also gebündelter Materie­strahlen, die mit hoher Geschwindigkeit ins All schießen. Und das war für van den Eijnden und seine Kollegen eine Über­raschung. „Bei allen Arten von schwarzen Löchern und Neutronen­sternen konnten wir die Entstehung von Jets beobachten“, erläutern die Forscher die bisherige Situation, „außer bei Neutronen­sternen mit starken Magnet­feldern.“ Das habe zu der Entwicklung theoretischer Modelle geführt, in denen solche starken Magnet­felder eines Neutronen­sterns die Entstehung von Jets unterbinden. „Unsere eindeutige Entdeckung eines sich entwickelnden Jets bei Sw J0243 widerlegt jetzt diese lange gehegte Vorstellung, starke Magnet­felder würden die Entstehung von Jets verhindern.“

Allerdings sei die Intensität des beobachteten Jets etwa hundert Mal geringer als bei schnell rotierenden Neutronen­sternen ohne starkes Magnet­feld mit einer vergleichbaren Helligkeit im Röntgen­bereich. Daraus lässt sich nach Ansicht von van der Eijnden und seinen Kollegen folgern, dass die Rotation des Neutronen­sterns eine wichtige Rolle bei der Bildung der gebündelten Materie­strahlen spielt. Während in den bisherigen Modellen ein in der Akkretions­scheibe verankertes Magnet­feld die Energie für die Jets liefert, scheine es eher die Rotations­energie des Neutronen­sterns zu sein, welche die Jets antreibt. Zukünftige Beobachtungen könnten diesen Zusammen­hang untersuchen und so zu einem verbesserten Modell der Jet-Entstehung führen.

Rainer Kayser

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