Es passt nicht in gängige Kategorien: Astronomen haben periodische Radiopulse entdeckt, die zu keiner der bisher bekannten Strahlungsquellen passen. Sein Schöpfer hat eine Rotationsperiode von 76 Sekunden, zu langsam für einen Pulsar. Gleichzeitig fehlen die Röntgenstrahlen, die typische Magnete charakterisieren. Auch die erstaunliche Variabilität von Radiopulsen verblüfft Astronomen, wie in “Nature” berichtet wird. Es könnte eine ganz neue Klasse von Neutronensternen sein.
Neutronensterne gehören zu den dichtesten Objekten im Kosmos. In diesen Überresten von Supernova-Explosionen wird Materie so komprimiert, dass sogar Elektronen und Protonen zu Neutronen verschmelzen. Die doppelte Masse der Sonne konzentriert sich auf einen Radius von nur etwa zwölf Kilometern. Neutronensterne rotieren oft sehr schnell und geben durch Wechselwirkung mit ihrem Magnetfeld starke, gebündelte Strahlen ab: bei Pulsaren im Radiobereich, bei Magneten meist im X- und Gamma-Bereich.
Pulsare sind schnell rotierende Neutronensterne mit einem starken Magnetfeld, die Radiostrahlen erzeugen, die in den Polen konzentriert sind. © Mysid / CC-by-sa 3.0
Funkpulse eines Supernova-Relikts
Doch nun haben Astronomen um Manisha Caleb von der University of Manchester eine pulsierende Radioquelle entdeckt, die in keine der üblichen Klassen passt. Der erste Puls dieses Objekts mit der Bezeichnung PSR J0901-4046 wurde zufällig während einer Durchmusterung mit dem Radioteleskop MeerKAT in Südafrika entdeckt. Als die Forscher diesen Ausschnitt des Himmels längere Zeit abhörten, nahmen sie 14 weitere Radiopulse auf, die etwa 30 Minuten lang regelmäßig verteilt wurden.
Aber wo kommen diese Hülsenfrüchte her? Genauere Recherchen ergaben, dass sich in der Ursprungsregion der Radiopulse kein bekannter Pulsar befand, sondern ein möglicher Supernova-Überrest: „Tiefere Bilder zeigen eine teilweise sichtbare Struktur, die einer Hülle ähnelt, die den PSR J0901 umgibt.“ Dies könnte ein Relikt des Ereignis, das diesen Neutronenstern geschaffen hat”, sagte das Team. Weil die Eigenschaften des Objekts darauf hindeuten, dass es sich um einen dieser dichten Überreste von Sternen handelt.
Nicht geeignet für Pulsare oder Magnete
Das Seltsamste aber: Mit einer Pulsdauer von fast 76 Sekunden kommt dieser neu entdeckte Neutronenstern mit keinem der bisher bekannten pulsierenden Objekte mit. Obwohl die Leistung der ausgesendeten Radiopulse in etwa der von klassischen Radiopulsaren entspricht, haben sie typischerweise Umlaufzeiten von 1,4 Millisekunden bei maximal 23,5 Sekunden. Daher ist PSR J0901-4046 zu langsam, wie Astronomen erklären. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Radiopulsaren ist die Strahlung dieser Quelle eher zirkular als linear polarisiert.
Aber die Merkmale passen nicht zu einem Magneten: Sie können einen so langsamen Puls zeigen, wenn sie groß sind und ihre Rotation verlangsamt ist. „Wenn Magnete jedoch Radiowellen aussenden, senden sie normalerweise auch Röntgenstrahlen aus“, schreiben Caleb und sein Team. Das Swift-Röntgenteleskop konnte jedoch keine Röntgenstrahlung aus Richtung der Radioquelle nachweisen.
Sieben Arten von Funkimpulsen eines Objekts
Außerdem sind die Funkpulse dieses Objekts außerordentlich variabel: „Es scheint mindestens sieben verschiedene Arten von Pulsen zu geben“, sagt Calebs Kollege Ben Stappers. Das Spektrum reicht von allzu normalen Einzelpeak-Strahlungspulsen, über Pulse mit einem Doppelpeak oder zwei oder drei deutlich voneinander getrennten Peaks, bis hin zu Funkpulsen, die einen fast periodischen oder „dornigen“ Unterbau haben. „Trotz dieser enormen Variabilität der Staubprofile liegen ihre Energien mehr oder weniger im gleichen Bereich“, berichten Astronomen.
Ebenfalls ungewöhnlich: Die großen Abstände zwischen den Pulsen deuten auf eine relativ langsame Rotation des Neutronensterns hin. Nach aktuellen Modellen befindet er sich damit aber in einer „toten Zone“, in der Neutronensterne keine Radiostrahlung mehr erzeugen können. Denn die Wechselwirkung mit dem Magnetfeld ist nicht mehr stark genug, um die für die Strahlungserzeugung an den Polen benötigte Potentialdifferenz zu erzeugen. „PSR J0901-4046 liegt über dieser Todesgrenze“, sagen die Forscher.
Es gibt jedoch einen theoretischen Weg, um diese “Todeszone” zu vermeiden: Wenn ein Neutronenstern ein multipolares Magnetfeld hat, können Teilchenströme entstehen, die immer noch Radioemissionen erzeugen können, sagte das Team. Hinweise auf diese multipolaren Magnetfelder wurden bereits in einigen Magnetaren gefunden.
Eine neue Klasse von Neutronensternen?
Aber was sagt uns das alles über die Natur der Strahlungsquelle? „Die Radioemission dieses Neutronensterns unterscheidet sich von allem, was wir bisher gesehen haben“, erklärt Stappers. Wie er entsteht und was für ein Neutronenstern sich dahinter verbirgt, ist zunächst ein Rätsel. Astronomen vermuten jedoch, dass PSR J0901-4046 zu einer Klasse von Neutronensternen gehören könnte, die bisher nur postuliert wurde: ultralanglebige Magnete mit extrem starken Magnetfeldern.
Es stimmt, dass diese stark magnetisierten Neutronensterne normalerweise schnelle, hochenergetische Pulse von Röntgen- und Gammastrahlen aussenden. Der Theorie zufolge könnte es jedoch alte Magnete geben, die bereits sehr verlangsamt sind und zu Funksendern werden. Das Spannende ist, dass diese ultralangperiodischen Neutronensterne auch im Verdacht stehen, die Urheber einiger ultraschneller Radioblitze (FRB), ultrakurzer, aber extrem starker Radiopulse, zu sein.
Spitze eines Eisbergs
Astronomen hoffen, in Zukunft noch mehr Radiopulse aus diesen exotischen Quellen einzufangen, denn sie sehen im PSR J0901-4046 nur die Spitze des Eisbergs: „Wahrscheinlich gibt es noch viel mehr Quellen sehr langsamer Rotation in der Galaxie.“ . , sagt Kaleb. „Dies hat wichtige Auswirkungen auf unsere Vorstellungen über die Entstehung und Alterung von Neutronensternen.“
Das Auffinden dieser Objekte ist jedoch nicht einfach: „Die meisten Pulsar-Durchmusterungen suchen nicht nach so langen Zeiträumen, daher haben wir keine Ahnung, wie viele dieser Quellen es insgesamt geben könnte“, sagt der Astronom. „In diesem Fall war die Quelle hell genug, um einzelne Pulse mit dem MeerTRAP-Instrument in MeerKAT zu erkennen.“ (Naturastronomie, 2022; doi: 10.1038 / s41550-022-01688-x)
Quelle: Universität Manchester, Universität Sydney
1. Juni 2022
– Nadja Podbregar