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Astronomie+Physik

Magnetar-Rätsel gelöst

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Diese Illustration zeigt den Magnetar im Sternenhaufen Westerlund 1 (ESO/ Calcada)
Sie sind die vielleicht seltsamsten Relikte einer Supernova: Magnetare sind extrem dicht, drehen sich rasend schnell und besitzen die stärksten bekannten Magnetfelder im Kosmos. Wie diese Exoten entstehen, war bisher rätselhaft. Jetzt haben Astronomen die Lösung dieses Rätsels gefunden – durch einen Ausreißer-Stern. Denn seine Merkmale bestätigen die Theorie, dass Magnetare aus einer Art stellarem Teamwork entstehen: Erst die enge Wechselwirkung zweier massereicher Sterne macht einen von ihnen zum Magnetar, den anderen aber schleudert die Sternexplosion ins All hinaus.

Wenn ein massereicher Stern seinen Brennstoff verbraucht hat, dann bläht er sich erst auf und stößt dann in einer Supernova seine äußeren Hüllen ab. Der Kern kollabiert dabei und wird so stark konzentriert, dass sich entweder ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch bildet. Doch nicht so im Sternenhaufen Westerlund 1, der 16.000 Lichtjahre entfernt im Südsternbild Ara (der Altar) liegt. Denn hier existiert eine Ausnahmeerscheinung – der Magnetar CXOU J164710.2-45516. Er ist ein Neutronenstern, der sich enorm schnell dreht und dadurch ein gewaltiges Magnetfeld erzeugt – Millionen Mal stärker als die stärksten Magneten auf der Erde. Von solchen Magnetaren gibt es in der Milchstraße nur rund zwei Dutzend Exemplare, nach gängiger Theorie dürfte es sie allerdings gar nicht geben. Denn sie entstanden offenbar alle aus Sternen, die so massereich waren, dass bei ihrer Supernova nur ein Schwarzes Loch übrig bleiben dürfte. Stattdessen aber bildeten sich Neutronensterne.

Stellarer Begleiter gesucht

So auch bei dem Magnetar im Sternhaufen Westerlund 1, der aus einem Vorläuferstern mit 40-facher Sonnenmasse entstand. „Wir konnten nicht verstehen, wie aus ihm ein Magnetar werden konnte“, sagt Erstautor Simon Clark von der Open University in Milton Keynes. Er und seine Kollegen hatten jedoch einen Verdacht: Möglicherweise war ein Begleitstern schuld daran, dass der Magnetar-Vorläufer nicht zu einem Schwarzen Loch wurde. Von diesem allerdings war in der unmittelbaren Umgebung des Magnetars nichts zu sehen. Theoretisch aber wäre es möglich, so mutmaßten die Forscher, dass dieser Begleiter durch die gewaltige Sternexplosion aus seiner Bahn geschleudert und zu einem „Ausreißer“ geworden ist. Mit Hilfe des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) auf dem Paranal in Chile suchten sie daher nach einem solchen Ausreißerstern weiter außen im Sternhaufen – und wurden fündig.

Der Stern Westerlund 1-5 hat eine relativ geringe Masse aber eine hohe Leuchtkraft, wie die Astromomen berichten. Zudem
besitzt er eine hohe Geschwindigkeit, wie sie durch den Rückstoß einer Supernova zu erwarten wäre. Auffallend ist außerdem eine äußerst ungewöhnliche chemische Zusammensetzung: Neben Wasserstoff und Stickstoff enthält er auch viel Kohlenstoff – eine Kombination, die es normalerweise bei Sternen nicht gibt. „Das ist ein schlagender Beweis dafür, dass dieser Stern ursprünglich zusammen mit einem Begleitstern entstanden sein muss“, konstatiert Koautor Ben Ritchie von der Open University. Wie Westerlund 1-5 zu diesen seltsamen Eigenschaften kam und welche Rolle er für die Bildung des Magnetars spielte, haben die Forscher von ihren Daten ausgehend rekonstruiert.

Materie-Pingpong im Doppelstern-System

Zu Beginn umkreisen sich zwei massereiche Sterne so eng, dass beide in die Umlaufbahn der Erde um die Sonne passen würden. Der massereichere von beiden hat als erster seinen Brennstoff verbraucht und bläht sich auf. Seine äußeren Schichten gehen dabei auf den masseärmeren Begleitstern über, der daraufhin beginnt, immer schneller zu rotieren. Diese schnelle Rotation ist bereits der erste Schritt, um ihn zu einem Magnetar werden zu lassen. Im nächsten Schritt spielt dieser Magnetar-Vorläufer den Ball wieder zurück: Er ist nun so groß geworden, dass er seinerseits einen Teil seiner Materie wieder an den ersten Stern zurückgibt. Erst dann explodiert er in einer Supernova.

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Dieser Materietransfer kurz vor dem Ende ist die entscheidende Voraussetzung für die Bildung eines Magnetars, wie die Forscher erklären. Denn erst dadurch verliert der Vorläuferstern im letzten Moment die Masse, die ihn sonst zu einem Schwarzen Loch gemacht hätte. Stattdessen wird er zu einem Magnetar und sein Begleiter – in diesem Falle Westerlund 1-5 – wird durch die Wucht der Explosion aus seiner Bahn geschleudert. Er hat durch den stellaren Austauschprozess einen Teil der Materie von seinem Nachbarstern übernommen – und dies erklärt auch seine seltsame Zusammensetzung. „Ein stellares Materieballspiel mit kosmischen Konsequenzen“, fasst Francisco Najarro vom Centro de Astrobiologia in Spanien zusammen. Und eines, das eine Antwort liefert auf die zuvor seit 35 unbeantwortete Frage nach der Herkunft der Magnetare – der stärksten Magnetobjekten im Kosmos.

Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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