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Montag, 23.01.2017
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Neutronenstern mit Kohlenstoffhülle

Ungewöhnliche Atmosphäre löst Rätsel um fehlende Röntgenpulse bei Cassiopeia A

Der Neutronenstern im Zentrum des Supernova-Relikts Cassiopeia A besitzt eine nur Zentimeter dicke Kohlenstoffhülle. Das haben jetzt Astronomen anhand des stellaren Röntgenspektrums nachgewiesen. Wie sie in „Nature“ berichten, beantwortet die Entdeckung dieser ultradünnen Atmosphäre auch die seit zehn Jahren offene Frage, warum der Neutronenstern keine Röntgenpulse aussendet.
Neutronenstern in Cassiopeia A (Modell)

Neutronenstern in Cassiopeia A (Modell)

1999 entdeckte das Röntgenobservatorium Chandra im Zentrum des Supernova-Relikts Cassiopeia A eine punktförmige Röntgenquelle, deren Ursprung rätselhaft blieb. Denn während nach einer Sternenexplosion wie dieser Supernova typischerweise ein Neutronenstern zurück bleibt, fehlten dieser Röntgenquelle gleiche mehrere der typischen Eigenschaften: Das Objekt zeigte keinerlei Pulsieren, weder im Röntgen- noch im Radiowellenbereich.

„Der kompakte Stern im Zentrum dieses berühmten Supernova-Relikts war ein Rätsel seit seiner Entdeckung“, erklärt Wynn Ho von der Universität von Southampton. Gemeinsam mit seinem Kollegen Craig Heinke von der Universität von Alberta hat der Forscher nun das von Chandra registrierte Spektrum genauer untersucht und ist dabei auf ein verblüffendes Signal gestoßen: Der Neutronenstern im Zentrum von Cas A besitzt offenbar eine ultradünne Hülle aus Kohlenstoff.

Kohlenstoffhülle durch Gravitation komprimiert


Die Forscher berechneten, dass die Kohlenstoffhülle nur rund zehn Zentimeter dick ist, weil sie von der gewaltigen Schwerkraft des Neutronensterns komprimiert wurde. Die Gravitation auf der Oberfläche des nur rund 22 Kilometer großen Sterns ist 100 Milliarden Mal stärker als auf der Erdoberfläche. Das Kohlenstoff stammt wahrscheinlich zum einen aus Material, dass nach der Supernova auf den Stern zurückstürzte, zum anderen aus Kernreaktionen an der Sternenoberfläche, die Wasserstoff und Helium zu Kohlenstoff verschmelzen.


Zum ersten Mal ist es damit gelungen, die Zusammensetzung der Sternenatmosphäre bei einem solchen Objekt zu bestimmen. Gleichzeitig jedoch klärt dies auch viele Aspekte des seltsamen Verhaltens dieses Sterns. „Für Menschen, die es gewohnt sind, über Phänomene gewaltigen Ausmaßes im Weltall zu hören, mag es überraschend sein, dass wir so etwas Kleines untersuchen“, so Ho. „Es ist schon komisch, wenn man bedenkt, dass ein so dünner Schleier über diesem Stern eine Schlüsselrolle für die Frustration vieler Forscher spielte.“

Rätsel der fehlenden Pulse gelöst


Denn zuvor gingen Wissenschaftler immer von Modellen aus, die Neutronensterne mit einer Wasserstoffatmosphäre zugrunde legten. Bei diesen jedoch müsste die Rotation dazu führen, dass die Energie unterschiedlich stark von der Oberfläche abgegeben wird, sichtbar als Röntgenpulse. Wenn aber statt des Wasserstoffs in diesen Modellen Kohlenstoff eingesetzt wird, dann ändert sich das Bild, wie Ho und Heinke nun belegen. Statt lokal unterschiedlicher Emissionen gibt die gesamte Oberfläche des Neutronensterns die Röntgenstrahlen dann gleichmäßig verteilt ab. Da sich bei der Rotation die Intensitäten so nicht ändern, entstehen auch keine messbaren Pulse.

„Unsere Karbonhülle löst eine der großen Fragen über den Neutronenstern in Cas A”, so Heinke. „Die Leute waren schon bereit, alle möglichen exotische Erklärungen dafür zu akzeptieren, insofern ist es eine Erleichterung, jetzt eine deutlich weniger ausgefallene Lösung zu finden.“

Modell für junge Neutronensterne


Cassiopeia A ist für Astronomen und Astrophysiker besonders interessant weil er der jüngste bekannte seiner Art ist. Alle anderen bekannten Neutronensterne mit Röntgenemission sind mehr als zehn Mal älter. Daher liefert der Stern wertvolle Einblicke in die ersten Phasen eines abkühlenden Neutronensterns. Eine Besonderheit von Cas A ist auch sein schwaches Magnetfeld. Noch ist nicht bekannt, ob diese Eigenschaft, die auch bei einigen anderen jungen Neutronensternen nachgewiesen wurde, im Laufe ihre Existenz so erhalten bleibt oder ob sie im Laufe ihres Alterns stärker wird.
(Chandra Röntgenobservatorium, 09.11.2009 - NPO)
 
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