Magnetare - die dichten Überreste von toten Sternen, die sporadisch mit energiereichen Strahlen ausbrechen - gehören zu den extremsten Objekten, die im Universum bekannt sind
Magnetare - die dichten Überreste toter Sterne, die sporadisch mit hochenergetischen Strahlen ausbrechen - gehören zu den extremsten Objekten, die im Universum bekannt sind. Eine große Kampagne mit dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und mehreren anderen Satelliten zeigt, dass Magnetare vielfältiger und häufiger sind als bisher angenommen.
Wenn einem massereichen Stern der Treibstoff ausgeht, kollabiert sein Kern zu einem Neutronenstern, einem ultradichten Objekt mit einer Breite von 10 bis 15 Meilen. Die dabei freiwerdende Gravitationsenergie bläst die äußeren Schichten bei einer Supernovaexplosion weg und hinterlässt den Neutronenstern.
Die meisten Neutronensterne drehen sich schnell - ein paar Mal pro Sekunde -, aber ein kleiner Teil hat eine relativ niedrige Spinrate von einmal alle paar Sekunden, während gelegentlich große Röntgenstrahlen erzeugt werden. Da die einzige plausible Quelle für die bei diesen Ausbrüchen abgegebene Energie die im Stern gespeicherte magnetische Energie ist, werden diese Objekte als "Magnetare" bezeichnet.
Es wurde gezeigt, dass ein Magnetar mit der Bezeichnung SGR 0418 + 5729 (kurz SGR 0418) das niedrigste Oberflächenmagnetfeld aufweist, das jemals für diese Art von Neutronenstern gefunden wurde.
Die meisten Magnetare haben auf ihrer Oberfläche extrem hohe Magnetfelder, die zehn- bis tausendmal stärker sind als bei einem durchschnittlichen Neutronenstern. Neue Beobachtungen zeigen, dass der als SGR 0418 + 5729 (kurz SGR 0418) bekannte Magnet nicht zu diesem Muster passt. Es hat ein Oberflächenmagnetfeld, das dem der Hauptneutronensterne ähnelt.
"Wir haben festgestellt, dass SGR 0418 ein viel geringeres Oberflächenmagnetfeld aufweist als jeder andere Magnetar", sagte Nanda Rea vom Institut für Weltraumwissenschaften in Barcelona, Spanien. "Dies hat wichtige Konsequenzen für die zeitliche Entwicklung von Neutronensternen und für unser Verständnis von Supernova-Explosionen."
Die Forscher überwachten SGR 0418 über drei Jahre mit Chandra, XMM-Newton der ESA sowie den NASA-Satelliten Swift und RXTE. Sie konnten die Stärke des externen Magnetfelds genau abschätzen, indem sie maßen, wie sich seine Rotationsgeschwindigkeit während eines Röntgenausbruchs ändert. Diese Ausbrüche werden wahrscheinlich durch Brüche in der Kruste des Neutronensterns verursacht, die durch Spannungsaufbau in einem relativ starken, aufgewickelten Magnetfeld hervorgerufen werden, das direkt unter der Oberfläche lauert.
"Dieses Magnetfeld mit niedriger Oberfläche macht dieses Objekt zu einer Anomalie unter den Anomalien", sagte Co-Autor GianLuca Israel vom Nationalen Institut für Astrophysik in Rom. "Ein Magnetar unterscheidet sich von typischen Neutronensternen, aber SGR 0418 unterscheidet sich auch von anderen Magnetaren."
Anhand der Modellierung der Entwicklung der Abkühlung des Neutronensterns und seiner Kruste sowie des allmählichen Zerfalls seines Magnetfelds schätzten die Forscher, dass SGR 0418 etwa 550.000 Jahre alt ist. Dies macht SGR 0418 älter als die meisten anderen Magnetare, und diese verlängerte Lebensdauer hat wahrscheinlich dazu geführt, dass die Oberflächenmagnetfeldstärke im Laufe der Zeit abgenommen hat. Da die Kruste geschwächt ist und das innere Magnetfeld relativ stark ist, können immer noch Ausbrüche auftreten.
Der Fall von SGR 0418 kann bedeuten, dass viel mehr ältere Magnetare mit starken Magnetfeldern unter der Oberfläche verborgen sind, was bedeutet, dass ihre Geburtenrate fünf- bis zehnmal höher ist als bisher angenommen.
"Nach unserem Modell für SGR 0418 sollte sich in jeder Galaxie ungefähr einmal im Jahr ein ruhiger Neutronenstern mit magnetarähnlichen Ausbrüchen einschalten", sagte Josè Pons von der Universität von Alacant in Spanien. "Wir hoffen, noch viel mehr von diesen Objekten zu finden."
Eine weitere Implikation des Modells ist, dass das Oberflächenmagnetfeld von SGR 0418 bei seiner Geburt vor einer halben Million Jahren einmal sehr stark gewesen sein sollte. Dies und eine möglicherweise große Population ähnlicher Objekte könnten bedeuten, dass die massiven Vorläufersterne bereits starke Magnetfelder hatten, oder diese Felder wurden durch schnell rotierende Neutronensterne in dem Kernkollaps erzeugt, der Teil des Supernova-Ereignisses war.
Wenn eine große Anzahl von Neutronensternen mit starken Magnetfeldern geboren wird, kann ein erheblicher Teil der Gammastrahlenausbrüche durch die Bildung von Magnetaren und nicht von Schwarzen Löchern verursacht werden. Auch der Beitrag magnetischer Geburten zu Gravitationswellensignalen - Welligkeiten in der Raumzeit - wäre größer als bisher angenommen.
Die Möglichkeit eines relativ geringen Oberflächenmagnetfelds für SGR 0418 wurde erstmals 2010 von einem Team mit einigen der gleichen Mitglieder angekündigt. Die damaligen Wissenschaftler konnten jedoch nur eine Obergrenze für das Magnetfeld und keine tatsächliche Schätzung ermitteln, da nicht genügend Daten gesammelt worden waren.
SGR 0418 befindet sich in der Milchstraße in einer Entfernung von ungefähr 6.500 Lichtjahren von der Erde. Diese neuen Ergebnisse zu SGR 0418 erscheinen online und werden in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 10. Juni 2013 veröffentlicht. Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, verwaltet das Chandra-Programm für das Science Mission Directorate der NASA in Washington. Das Smithsonian Astrophysical Observatory kontrolliert Chandras Wissenschaft und Flugbetrieb von Cambridge, Mass.
Über Chandra Röntgenobservatorium