Neutronenstern im Kern von Cas A hat Kohlenstoffatmosphäre

Ein Chandra-Röntgenobservatorium des Supernova-Überrests Cassiopeia A. Bildnachweis: NASA / CXC

Der Supernova-Überrest Cassiopeia A (Cas A) war schon immer ein Rätsel. Während die Explosion, die diese Supernova verursachte, offensichtlich ein starkes Ereignis war, war die visuelle Helligkeit des Ausbruchs, der vor über 300 Jahren auftrat, viel geringer als bei einer normalen Supernova – und wurde tatsächlich im 17. Jahrhundert übersehen – und Astronomen wissen es nicht Warum. Ein weiteres Rätsel ist, ob die Explosion, die Cas A hervorbrachte, einen Neutronenstern, ein Schwarzes Loch oder gar nichts zurückließ. 1999 entdeckten Astronomen ein unbekanntes helles Objekt im Kern von Cas A. Neue Beobachtungen mit dem Chandra-Röntgenobservatorium zeigen nun, dass dieses Objekt ein Neutronenstern ist. Aber die Rätsel enden hier nicht: Dieser Neutronenstern hat eine Kohlenstoffatmosphäre. Dies ist das erste Mal, dass diese Art von Atmosphäre um ein so kleines, dichtes Objekt herum entdeckt wurde.

Das Objekt im Kern ist sehr klein – nur etwa 20 km breit, was der Schlüssel zur Identifizierung als Neutronenstern war, sagte Craig Heinke von der University of Alberta. Heinke ist Co-Autor mit Wynn Ho von der University of Southampton, UK, an einem Artikel, der in der Nature-Ausgabe vom 5. November erscheint.

"Die einzigen zwei Arten von Sternen, von denen wir wissen, dass sie so klein sind, sind Neutronensterne und Schwarze Löcher", sagte Heinke gegenüber dem Space Magazine. „Wir können ausschließen, dass dies ein Schwarzes Loch ist, da kein Licht aus Schwarzen Löchern entweichen kann. Alle Röntgenstrahlen, die wir von Schwarzen Löchern sehen, stammen von Material, das in das Schwarze Loch fällt. Solche Röntgenstrahlen wären sehr variabel, da Sie nie zweimal dasselbe Material sehen, aber wir sehen keine Schwankungen in der Helligkeit dieses Objekts. "

Heinke sagte, das Chandra-Röntgenobservatorium sei das einzige Teleskop, das scharf genug sei, um dieses Objekt in einem so hellen Supernova-Überrest zu beobachten.

Der ungewöhnlichste Aspekt dieses Neutronensterns ist jedoch seine Kohlenstoffatmosphäre. Neutronensterne bestehen hauptsächlich aus Neutronen, aber sie haben eine dünne Schicht normaler Materie auf der Oberfläche, einschließlich einer dünnen – 10 cm – sehr heißen Atmosphäre. Zuvor untersuchte Neutronensterne haben alle Wasserstoffatmosphären, was zu erwarten ist, da die intensive Schwerkraft des Neutronensterns die Atmosphäre schichtet und das leichteste Element, Wasserstoff, darauf legt.

Nicht so bei diesem Objekt in Cas A.

"Wir konnten Modelle für die Röntgenstrahlung eines Neutronensterns mit verschiedenen möglichen Atmosphären herstellen", sagte Heinke in einem E-Mail-Interview. "Nur die Kohlenstoffatmosphäre kann alle Daten erklären, die wir sehen. Wir sind uns also ziemlich sicher, dass dieser Neutronenstern eine Kohlenstoffatmosphäre hat. Zum ersten Mal haben wir eine andere Atmosphäre auf einem Neutronenstern gesehen."

Ein künstlerischer Eindruck des Neutronensterns in Cas A zeigt die winzige Ausdehnung der Kohlenstoffatmosphäre. Die Erdatmosphäre wird im gleichen Maßstab wie der Neutronenstern dargestellt. Bildnachweis: NASA / CXC / M.Weiss

Wie erklären Heinke und sein Team den Mangel an Wasserstoff und Helium an diesem Neutronenstern? Stellen Sie sich Cas A als Baby vor.

"Wir glauben, dass wir das aufgrund des sehr jungen Alters dieses Objekts verstehen – wir sehen es im zarten Alter von nur 330 Jahren im Vergleich zu anderen Neutronensternen, die Tausende von Jahren alt sind", sagte er. „Während der Supernova-Explosion, die diesen Neutronenstern erzeugte (als der Kern des Sterns zu einem stadtgroßen Objekt zusammenbricht, dessen Dichte unglaublich hoch ist als die der Atomkerne), wurde der Neutronenstern auf hohe Temperaturen von bis zu einer Milliarde erhitzt Grad. Es ist jetzt auf einige Millionen Grad abgekühlt, aber wir glauben, dass seine hohen Temperaturen ausreichten, um eine Kernfusion auf der Neutronensternoberfläche zu erzeugen und Wasserstoff und Helium mit Kohlenstoff zu verschmelzen. "

Aufgrund dieser Entdeckung haben Forscher nun Zugang zum gesamten Lebenszyklus einer Supernova und werden mehr über die Rolle explodierender Sterne im Aufbau des Universums erfahren. Zum Beispiel sind die meisten Mineralien auf der Erde Produkte von Supernovae.

"Diese Entdeckung hilft uns zu verstehen, wie Neutronensterne bei heftigen Supernova-Explosionen geboren werden", sagte Heinke.

Quelle: Interview mit Craig Heinke

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