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XMM-Newton: Neue Erkenntnisse über alte Pulsare

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Das empfindsame Röntgenstrahlen Observatorium der europäischen Raumfahrtbehörde ESA zeigt uns, dass die allgemein anerkannte Theorie wie Pulsare ihre Röntgenstrahlen produzieren, einer Überarbeitung bedarf.

Insbesondere die Energie, die notwendig ist, die mehrere Million Grad heißen polaren „hot spots“ zu erzeugen, kommt größten teils aus dem Inneren und nicht von außen, wie die neuen Daten belegen.

Bereits vor 39 Jahren entdeckten die beiden Cambridge Astronomen Jocelyn Bell-Burnell und Anthony Hewish die Pulsare. Dabei handelt es sich laienhaft ausgedrückt um die stark magnetisierten und schnell rotierenden Kerne toter Sterne, die einen Durchmesser von bis zu 20 Kilometern haben, auf diesen Durchmesser aber die 1,4-fache Masse der Sonne verteilen. Und noch heute faszinieren diese Objekte die Astronomen.

„Die Theorie wie Pulsare ihre Strahlung emittieren steckt noch immer in Kinderschuhen, obwohl daran bereits seit 40 Jahren gearbeitet wird“ sagt Werner Becker vom deutschen Max Planck Institut. Zwar gibt es viele verschiedene Modelle, die sich teilweise auch widersprechen, aber keine Theorie die alle Forscher vereint (obwohl dies sowie so eine Sissifus-Arbeit zu seien scheint).

Doch dank dem weltraumbasierten XMM-Newton sind die Forscher ein ganzes Stück weiter gekommen und haben ein großes Teil des Puzzles herausgefunden, warum kühle Neutronensterne heiße „hot spots“ an ihren Polen haben.

Neutronensterne entstehen, wenn massereiche Sterne in einer Supernova explodieren, ihre kritische Masse aber unter der von Schwarzen Löchern bleibt, und die Kerne der Sterne so als Neutronensterne „wiedergeboren“ werden. Dabei sind sie von Anfang an heiß und kühlen schnell ab, doch dabei spielt auch die superdichte Materie aus der sie bestehen eine Rolle.

Dabei zeigten frühere Beobachtungen mit Röntgenstrahlsatelliten, dass die Röntgenstrahlen von kühlen Neutronensternen aus drei unterschiedlichen Regionen stammen. Zum einen ist die Oberfläche so heiß, dass sie selbst Röntgenstrahlen aussendet. Zum Zweiten befinden sich zahlreiche elektrisch geladene Partikel im Magnetfeld des Pulsars und bewegen sich anhand der magnetischen Feldlinien, wodurch wiederum Röntgenstrahlen ausgesandt werden. And last but not least haben junge Pulsare Röntgenstrahl „hot spots“ an ihren Polen.  

Und bisher gingen die Astronomen davon aus, das diese „hot spots“ entstehen, wenn die elektrisch geladenen Partikel mit der Oberfläche der Pulsare kollidieren, doch die neusten Daten von XMM-Newton zeigen, das dies wohl ein Trugschluss war.

Die Forscher untersuchten die Emissionen von 5 Pulsare, die alle mehrere Millionen Jahre alt sind, und fanden keine Beweise für eine Oberflächenstrahlung oder polare „hot spots“, und dies obwohl sie die Strahlung der elektrischen Partikel sahen, die sich entlang der magnetischen Feldlinien bewegten.

Das es keine Oberflächenstrahlung gab kann noch dadurch erklärt werden, das Pulsare innerhalb weniger Millionen Jahre von mehreren Milliarden Grad Celsius auf etwa 500.000 Grad Celsius abkühlen und deshalb kaum Röntgenstrahlung abgegeben wird. Aber das keine „hot spots“ gefunden wurden bringt das bisherige theoretische Modell ins Wankeln, weshalb die „hot spots“ aus dem inneren entstehen müssen. Und das nach 40 Jahren Forschung.

Quelle: ESA

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