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Astronomie+Physik

Ein „unmöglicher“ Jet

Neutronenstern
Neutronenstern mit starkem Magnetfeld und Jets (Grafik: : ICRAR/University of Amsterdam)

Bisher galten Neutronensterne mit starkem Magnetfeld als sozusagen „steril“: Obwohl die meisten anderen Sternenreste Jets aus Strahlung und schnellen Teilchen erzeugen, wurden sie bei den stark magnetisierten Varianten noch nie beobachtet. Jetzt jedoch haben Astronomen erstmals einen hochmagnetisierten Neutronenstern entdeckt, der der gängigen Theorie widerspricht. Denn von ihm geht ein intensiver Kegel aus Röntgenstrahlung und Radiowellen aus, der nur von einem Jet stammen kann, wie die Forscher berichten. Das aber bedeutet: Auch das bisherige Modell zur Entstehung solcher Jets könnte falsch sein.

Neutronensterne sind „stellare Leichen“. Sie entstehen, wenn ein massereicher Stern in einer Supernova explodiert und sein Kern dabei in sich zusammenfällt. Weil die Materie in diesen stellaren Kernresten extrem dicht konzentriert ist, besitzen Neutronensterne eine enorm große Schwerkraft. In Doppelsternsystemen können sie dadurch Material vom stellaren Partner absaugen. „Gas vom Begleitstern ‚füttert‘ dann den Neutronenstern und erzeugt ein spektakuläres Schauspiel, wenn ein Teil dieses Materials in ultraschnellen, energiereichen Jets ins All hinausgeschleudert wird“, erklärt Erstautor Jakob van den Eijnden von der Universität Amsterdam. „Wir haben solche Jets schon bei allen Arten von Neutronensternen gesehen – mit einer Ausnahme: Nie zuvor haben wir einen Jet bei einem Neutronenstern mit starkem Magnetfeld beobachtet.“

Überraschende Entdeckung

Gängiger Theorie nach erhalten die Jets ihre Energie von Magnetfeldlinien im Zentrum der Akkretionsscheibe um dem Neutronenstern. Wenn jedoch das Magnetfeld zu stark ist, verhindert es, dass Material überhaupt bis ins Zentrum der Scheibe vordringt und blockiert so die Entstehung eines Jets. Ab etwa einer Feldstärke von 10 hoch 12 Gauss kann ein Neutronenstern demnach keinen Teilchenstrahl mehr bilden – so die bisherige Annahme. Jetzt jedoch haben van den Eijnden und sein Team einen Neutronenstern entdeckt, der dem widerspricht. Detektiert wurde das Swift J0243.6+6124 (kurz Sw J0243) getaufte Objekt am 3. Oktober 2017, als das Röntgenteleskop Swift einen starken Ausbruch von Röntgenstrahlung von dieser Quelle registrierte. Nähere Beobachtungen ergaben, dass es sich um einen langsam rotierenden Neutronenstern mit starkem Magnetfeld von mehr als einer Billion Gauss handelte. Er umkreist einen Partnerstern von etwas mehr Masse als die Sonne, dem er Material entzieht.

Das Erstaunliche an diesem Neutronenstern aber enthüllten erst Beobachtungen mit den Radioteleskopen des Very Large Array (VLA) in den USA. Gut drei Monaten lang verfolgten die Astronomen damit die Entwicklung dieser Strahlenquelle. Das Ergebnis: Die Radio-Merkmale von Sw J0243 sprachen dafür, dass dieser Neutronenstern einen Jet erzeugt. „Die Kombination von Eigenschaften entspricht der, die wir auch in anderen jetproduzierenden Systemen sehen – alternative Mechanismen können dafür keine Erklärung liefern“, sagt van den Eijnden. Im Unterschied zu den Strahlen- und Teilchenströmen von Schwarzen Löchern oder anderen Neutronensternen ist nur die Intensität der Radiowellen bei diesem Objekt deutlich schwächer, so der Forscher.

Klarer Widerspruch zur Theorie

Zum ersten Mal haben Astronomen damit einen bislang als „unmöglich“ geltenden Jet bei einem Magnetar nachgewiesen. „Diese Entdeckung eines Jets bei Sw J0243 widerlegt die seit langem gehegte Vorstellung, dass starke Magnetfelder die Bildung solcher Jets verhindern“, konstatieren die Forscher. „Das bedeutet, dass existierende Modelle der Jetbildung bei Neutronensternen neu überdacht werden müssen.“ Co-Autor James Miller-Jones ergänzt: „Jets bei einem Neutronenstern mit einem starken Magnetfeld zu finden geht gegen alles, was wir erwartet haben – und es zeigt, dass es noch vieles gibt, das wir über die Jetbildung nicht wissen.“

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Wie die Astronomen erklären, hat ihre Entdeckung aber nicht nur Auswirkungen auf gängige Theorien und Modelle. Es bedeutet auch, dass im Kosmos möglicherweise eine ganze Klasse von bisher unerkannten Quellen solcher energiereichen Gas- und Strahlungsströme existieren könnte. „Diese bisher noch unerforschte Population eröffnet uns nun neue Möglichkeiten, allgemeine Vorhersagen für die Jetbildung bei Akkretions-Systemen zu überprüfen“, sagen die Forscher.

Quelle: Jakob van den Eijnden (Universität Amsterdam) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-018-0524-1

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