Magnetare sind die bizarren Überreste von Supernova-Explosionen und die stärksten im Universum bekannten Magnete.
In voller Größe betrachten. Künstlerische Darstellung des Magnetars im Sternhaufen Westerlund 1.
Ein Team europäischer Astronomen, die das Very Large Telescope (VLT) der ESO einsetzen, glaubt nun, zum ersten Mal den Partnerstern eines Magnetars gefunden zu haben. Diese Entdeckung hilft zu erklären, wie sich Magnetare bilden - ein 35 Jahre altes Rätsel - und warum dieser Stern nicht wie von Astronomen erwartet in ein Schwarzes Loch eingebrochen ist.
Wenn ein massereicher Stern während einer Supernova-Explosion unter seiner eigenen Schwerkraft zusammenbricht, bildet er entweder einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch. Magnetare sind eine ungewöhnliche und sehr exotische Form des Neutronensterns. Wie all diese seltsamen Objekte sind sie winzig und außerordentlich dicht - ein Teelöffel Neutronensternmaterial hätte eine Masse von etwa einer Milliarde Tonnen -, aber sie haben auch extrem starke Magnetfelder. Magnetische Oberflächen setzen große Mengen von Gammastrahlen frei, wenn sie infolge der enormen Beanspruchungen in ihrer Kruste einer plötzlichen Anpassung, die als Sternbeben bekannt ist, unterliegen.
Im 16.000 Lichtjahre entfernten Sternhaufen Westerlund 1 im südlichen Sternbild Ara (Altar) befindet sich einer der zwei Dutzend Magnetare, die in der Milchstraße bekannt sind. Es heißt CXOU J164710.2-455216 und hat Astronomen sehr verwirrt.
„In unserer früheren Arbeit (eso1034) haben wir gezeigt, dass der Magnetar im Cluster Westerlund 1 (eso0510) im explosiven Tod eines Sterns geboren sein muss, der etwa 40-mal so massereich ist wie die Sonne. Dies stellt jedoch ein eigenes Problem dar, da erwartet wird, dass Sterne dieses Ausmaßes nach ihrem Tod zu Schwarzen Löchern und nicht zu Neutronensternen zusammenbrechen. Wir haben nicht verstanden, wie es ein Magnetar werden konnte “, sagt Simon Clark, Hauptautor des Papiers, der über diese Ergebnisse berichtet.
Astronomen schlugen eine Lösung für dieses Rätsel vor. Sie schlugen vor, dass der Magnetar durch die Wechselwirkung zweier sehr massereicher Sterne entsteht, die sich in einem so kompakten System umkreisen, dass er in die Erdumlaufbahn um die Sonne passt. Bislang wurde jedoch kein Begleitstern am Ort des Magnetars in Westerlund 1 entdeckt, sodass Astronomen das VLT verwendeten, um in anderen Teilen des Clusters danach zu suchen.Sie suchten nach außer Kontrolle geratenen Sternen - Objekten, die mit hoher Geschwindigkeit aus dem Haufen entkommen -, die möglicherweise durch die Supernova-Explosion, die den Magnetar bildete, aus der Umlaufbahn geworfen wurden. Ein Stern, bekannt als Westerlund 1-5, tat genau das.
Vergrößern.Breite Feldansicht des Himmels um den Sternhaufen Westerlund 1
„Dieser Stern hat nicht nur die erwartete hohe Geschwindigkeit, wenn er sich von einer Supernovaexplosion zurückzieht, sondern die Kombination aus geringer Masse, hoher Leuchtkraft und kohlenstoffreicher Zusammensetzung scheint unmöglich in einem einzigen Stern zu replizieren zu sein - eine rauchende Waffe, die dies zeigt muss sich ursprünglich mit einem binären Begleiter gebildet haben “, fügt Ben Ritchie (Open University), Co-Autor des neuen Papiers, hinzu.
Diese Entdeckung ermöglichte es den Astronomen, die Stern-Lebensgeschichte zu rekonstruieren, die es dem Magneten ermöglichte, sich anstelle des erwarteten Schwarzen Lochs zu bilden. In der ersten Phase dieses Prozesses geht dem massereicheren Stern des Paares der Treibstoff aus und die äußeren Schichten werden auf den weniger massereicheren Begleiter übertragen, der zum Magnetar werden soll. Dadurch dreht er sich immer schneller. Diese schnelle Rotation scheint der wesentliche Bestandteil bei der Bildung des ultrastarken Magnetfelds des Magnetars zu sein.
In der zweiten Stufe wird der Begleiter durch diesen Stoffübergang selbst so massiv, dass er wiederum einen großen Teil seiner kürzlich gewonnenen Masse abwirft. Ein Großteil dieser Masse geht verloren, aber ein Teil geht an den ursprünglichen Stern zurück, den wir heute noch als Westerlund 1-5 sehen.
Vergrößern.Der Sternhaufen Westerlund 1 und die Positionen des Magnetars und seines wahrscheinlichen ehemaligen Begleitsterns.
„Es ist dieser Prozess des Materialaustauschs, der Westerlund 1-5 die einzigartige chemische Signatur verlieh und es der Masse seines Gefährten ermöglichte, auf ein so niedriges Maß zu schrumpfen, dass ein Magnetar anstelle eines Schwarzen Lochs geboren wurde - ein Spiel des Sternpasses. Das Paket mit kosmischen Konsequenzen! “, schließt Teammitglied Francisco Najarro (Centro de Astrobiología, Spanien).
Es scheint daher ein wesentlicher Bestandteil des Rezepts zur Bildung eines Magnetars zu sein, wenn man Bestandteil eines Doppelsterns ist. Die schnelle Rotation, die durch den Stoffübergang zwischen den beiden Sternen erzeugt wird, scheint notwendig zu sein, um das ultrastarke Magnetfeld zu erzeugen. In einer zweiten Stoffübergangsphase kann der Magnetar ausreichend abnehmen, damit er nicht in ein Schwarzes Loch bei zusammenfällt der Moment seines Todes.
Anmerkungen
Der offene Cluster Westerlund 1 wurde 1961 von dem schwedischen Astronomen Bengt Westerlund aus Australien entdeckt, der später von dort zum ESO-Direktor in Chile wechselte (1970–74). Dieser Cluster befindet sich hinter einer riesigen interstellaren Gas- und Staubwolke, die den größten Teil ihres sichtbaren Lichts blockiert. Der Dimmfaktor beträgt mehr als 100.000, weshalb es so lange gedauert hat, die wahre Natur dieses speziellen Clusters aufzudecken.
Westerlund 1 ist ein einzigartiges natürliches Labor für die Erforschung der extremen Sternphysik, in dem Astronomen herausfinden können, wie die massereichsten Sterne in der Milchstraße leben und sterben. Aus ihren Beobachtungen schließen die Astronomen, dass dieser extreme Haufen höchstwahrscheinlich nicht weniger als das 100 000-fache der Masse der Sonne enthält und dass sich alle Sterne in einer Region mit einem Durchmesser von weniger als 6 Lichtjahren befinden. Westerlund 1 scheint somit der bisher massereichste kompakte junge Haufen in der Milchstraße zu sein.
Alle bisher in Westerlund 1 analysierten Sterne haben eine mindestens 30- bis 40-fache Sonnenmasse. Da solche Sterne astronomisch gesehen ein eher kurzes Leben haben, muss Westerlund 1 sehr jung sein. Die Astronomen bestimmen ein Alter zwischen 3,5 und 5 Millionen Jahren. Westerlund 1 ist also eindeutig ein neugeborener Haufen in unserer Galaxie.
Die vollständige Bezeichnung für diesen Stern lautet Cl * Westerlund 1 W 5.
Wenn Sterne altern, ändern ihre Kernreaktionen ihre chemische Zusammensetzung - Elemente, die die Reaktionen befeuern, werden aufgebraucht und die Produkte der Reaktionen akkumulieren. Dieser stellare chemische Finger ist zunächst reich an Wasserstoff und Stickstoff, aber arm an Kohlenstoff. Erst sehr spät im Leben von Sternen nimmt der Kohlenstoff zu, wodurch Wasserstoff und Stickstoff stark reduziert werden - für einzelne Sterne wird dies als unmöglich angesehen gleichzeitig reich an Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenstoff sein, wie es Westerlund 1-5 ist.