Star ahmt ein Schwarzes Loch nach

Bildnachweis: Chandra

Astronomen, die das Australia Telescope Compact Array verwenden, haben einen sich schnell drehenden Neutronenstern gefunden, der Materialstrahlen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausspuckt. Jets wie dieses wurden bisher nur aus Schwarzen Löchern gesehen, und diese Entdeckung stellt die Theorie in Frage, dass nur die Umgebung um ein Schwarzes Loch so energisch sein kann. Die Astronomen untersuchten Circinus X-1, ein etwa 20.000 Lichtjahre entferntes Objekt, das eine helle Röntgenquelle darstellt. Sie wissen, dass es sich um einen Neutronenstern handelt, aber er hat auch diese ungewöhnlichen Eigenschaften.

Wissenschaftler, die das Australia TelescopeCompact Array von CSIRO, ein Radiosyntheseteleskop in New South Wales, Australien, verwenden, haben einen Neutronenstern gesehen, der einen Materiestrahl mit sehr geringer Lichtgeschwindigkeit ausspuckt. Dies ist das erste Mal, dass ein so schneller Jet von etwas anderem als einem Schwarzen Loch aus gesehen wurde.

Die Entdeckung, die in der dieswöchigen Ausgabe von Nature veröffentlicht wurde, stellt die Idee in Frage, dass nur Schwarze Löcher die Bedingungen schaffen können, die erforderlich sind, um Partikelstrahlen auf extreme Geschwindigkeiten zu beschleunigen.

„Die Herstellung von Jets ist ein grundlegender kosmischer Prozess, der aber auch nach Jahrzehnten der Arbeit noch nicht gut verstanden wird“, sagt Teamleiter Dr. Rob Fender von der Universität Amsterdam.

"Was wir gesehen haben, soll uns helfen zu verstehen, wie viel größere Objekte wie massive Schwarze Löcher Jets erzeugen können, die wir auf halber Strecke durch das Universum sehen können."

Die Wissenschaftler aus den Niederlanden, Großbritannien und Australien untersuchten über einen Zeitraum von drei Jahren den Circinus X-1, eine helle und variable Quelle kosmischer Röntgenstrahlen.

Der Circinus X-1 liegt in unserer Galaxie, etwa 20 000 Lichtjahre von der Erde entfernt, im Sternbild Circinus in der Nähe des Südlichen Kreuzes.

Es besteht aus zwei Sternen: einem „normalen“ Stern, wahrscheinlich dem 3- bis 5-fachen der Masse unserer Sonne, und einem kleinen kompakten Begleiter.

"Wir wissen, dass der Begleiter ein Neutronenstern aus der Art von Röntgenstrahlen ist, die er abgegeben hat", sagt Teammitglied Dr. Helen Johnston von der University of Sydney.

„Diese Röntgenstrahlen sind ein Zeichen für einen Stern mit einer Oberfläche. Ein Schwarzes Loch hat keine Oberfläche. Der Begleiter muss also ein Neutronenstern sein. “

Ein Neutronenstern ist eine komprimierte, sehr dichte Materiekugel, die entsteht, wenn ein Riesenstern explodiert, nachdem sein Kernbrennstoff aufgebraucht ist. In der Hierarchie der extremen Objekte im Universum ist es nur einen Schritt von einem Schwarzen Loch entfernt.

Die beiden Sterne in Circinus X-1 interagieren, wobei die Schwerkraft des Neutronensterns Materie vom größeren Stern auf die Oberfläche des Neutronensterns zieht.

Dieser "Akkretions" -Prozess erzeugt Röntgenstrahlen. Die Stärke der Röntgenemission variiert mit der Zeit und zeigt, dass sich die beiden Sterne des Circinus X-1 in einer sehr langgestreckten Umlaufbahn mit einem Zeitraum von 17 Tagen umeinander bewegen.

"Am nächsten Punkt berühren sich die beiden Sterne fast", sagt Dr. Johnston.

Seit den 1970er Jahren wissen Astronomen, dass Circinus X-1 sowohl Radiowellen als auch Röntgenstrahlen erzeugt. Um die Röntgenquelle herum liegt ein großer „Nebel“ von Funkemissionen. Innerhalb des Nebels liegt der neu entdeckte Strahl aus radioemittierendem Material.

Es wird angenommen, dass Jets nicht aus Schwarzen Löchern selbst hervorgehen, sondern aus ihrer „Akkretionsscheibe“ – dem Gürtel aus zerstückelten Sternen und Gas, in den ein Schwarzes Loch hineingezogen wird.

In Circinus X-1 ist es wahrscheinlich, dass die Akkretionsscheibe mit dem 17-Tage-Zyklus variiert und am intensivsten ist, wenn sich die Sterne an ihrem nächsten Punkt in der Umlaufbahn befinden.

Der Jet von Circinus X-1 bewegt sich mit 99,8% der Lichtgeschwindigkeit. Dies ist der schnellste Abfluss, der von einem Objekt in unserer Galaxie aus gesehen wird, und entspricht dem der schnellsten Jets, die aus anderen vollständigen Galaxien abgefeuert werden. In diesen Galaxien stammen die Jets aus supermassiven Schwarzen Löchern, die millionen- oder milliardenfach so groß sind wie die Sonnenmasse, die in den Zentren der Galaxien liegen.

Unabhängig davon, welcher Prozess Jets auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, hängt er nicht von den besonderen Eigenschaften eines Schwarzen Lochs ab.

"Der Schlüsselprozess muss sowohl für Schwarze Löcher als auch für Neutronensterne gleich sein, wie z. B. der Akkretionsfluss", sagt Dr. Kinwah Wu vom Unversity College London, Großbritannien.

Originalquelle: CSIRO-Pressemitteilung

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