Astronomen entdecken zum ersten Mal Partnerstern eines Magnetars

BenutzenDAS'SSehr großes Teleskop, glauben Astronomen, zum ersten Mal den Partnerstern eines Magnetars gefunden zu haben, was zur Erklärung der Entstehung von Magnetaren beiträgt.

Magnetare sind die bizarren superdichten Überreste von Supernova-Explosionen. Sie sind die stärksten bekannten Magnete im Universum – millionenfach stärker als die stärksten Magnete auf der Erde. Ein Team europäischer Astronomen, die das Very Large Telescope (VLT) der ESO nutzen, glaubt nun, zum ersten Mal den Partnerstern eines Magnetars gefunden zu haben. Diese Entdeckung hilft zu erklären, wie Magnetare entstehen – ein 35 Jahre altes Rätsel – und warum dieser spezielle Stern nicht in einen Stern kollabierteschwarzes Lochwie Astronomen es erwarten würden.

Wenn ein massereicher Stern während einer Supernova-Explosion unter seiner eigenen Schwerkraft kollabiert, entsteht entweder einNeutronensternoder Schwarzes Loch. Magnetare sind eine ungewöhnliche und sehr exotische Form von Neutronensternen. Wie alle diese seltsamen Objekte sind sie winzig und außerordentlich dicht – ein Teelöffel Neutronensternmaterial hätte eine Masse von etwa einer Milliarde Tonnen –, aber sie verfügen auch über extrem starke Magnetfelder. Magnetaroberflächen setzen große Mengen an Gammastrahlen frei, wenn sie aufgrund der enormen Spannungen in ihren Krusten einer plötzlichen Anpassung unterliegen, die als Sternbeben bezeichnet wird.

Der Sternhaufen Westerlund 1Milchstraße, 16.000 Lichtjahre entfernt im südlichen Sternbild Ara (Altar), beherbergt einen der zwei Dutzend bekannten Magnetare

. Es heißt CXOU J164710.2-455216 und hat Astronomen große Rätsel aufgegeben.

„In unserer früheren Arbeit haben wir gezeigt, dass der Magnetar im Cluster Westerlund 1 durch den explosiven Tod eines Sterns entstanden sein muss, der etwa 40-mal so massereich wie die Sonne ist. Dies stellt jedoch ein eigenes Problem dar, da von Sternen dieser Masse erwartet wird, dass sie nach ihrem Tod kollabieren und schwarze Löcher und keine Neutronensterne bilden. Wir haben nicht verstanden, wie es zu einem Magnetar hätte werden können“, sagt Simon Clark, Hauptautor der Studie, die über diese Ergebnisse berichtet.

Astronomen haben eine Lösung für dieses Rätsel vorgeschlagen. Sie vermuteten, dass der Magnetar durch die Wechselwirkung zweier sehr massereicher Sterne entstand, die einander in einem Doppelsternsystem umkreisten, das so kompakt war, dass es in die Umlaufbahn der Erde um die Sonne passte. Bisher wurde jedoch kein Begleitstern am Standort des Magnetars in Westerlund 1 entdeckt, weshalb Astronomen das VLT nutzten, um in anderen Teilen des Sternhaufens nach ihm zu suchen. Sie suchten nach außer Kontrolle geratenen Sternen – Objekten, die mit hoher Geschwindigkeit aus dem Sternhaufen entkommen –, die möglicherweise durch die Supernova-Explosion, die den Magnetar bildete, aus der Umlaufbahn geschleudert wurden. Ein Stern, bekannt als Westerlund 1-5

Es wurde festgestellt, dass er genau das tat.

„Dieser Stern hat nicht nur die hohe Geschwindigkeit, die erwartet wird, wenn er von einer Supernova-Explosion zurückschreckt, sondern die Kombination aus seiner geringen Masse, seiner hohen Leuchtkraft und seiner kohlenstoffreichen Zusammensetzung scheint auch unmöglich in einem einzelnen Stern zu reproduzieren – ein schlagender Beweis, der zeigt, dass er ursprünglich mit einem binären Begleiter entstanden sein muss“, fügt Ben Ritchie (Open University), Mitautor der neuen Arbeit, hinzu.

Diese Entdeckung ermöglichte es den Astronomen, die Lebensgeschichte des Sterns zu rekonstruieren, die die Entstehung des Magnetars anstelle des erwarteten Schwarzen Lochs ermöglichte

. In der ersten Phase dieses Prozesses geht dem massereicheren Stern des Paares der Treibstoff aus und er überträgt seine äußeren Schichten auf seinen weniger massereichen Begleiter – der zum Magnetar werden soll –, wodurch dieser immer schneller rotiert. 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 Stoffaustausch selbst so massiv, dass er wiederum einen großen Teil seiner kürzlich gewonnenen Masse abgibt. Ein Großteil dieser Masse geht verloren, aber ein Teil wird an den ursprünglichen Stern zurückgegeben, den wir heute noch als Westerlund 1-5 leuchten sehen.

In diesem Video fliegen wir durch den jungen Sternhaufen Westerlund 1 und nähern uns dem seltsamen Magnetar, der darin liegt. Dieser bemerkenswerte Sternhaufen enthält Hunderte sehr massereicher Sterne, von denen einige mit einer Helligkeit von fast einer Million Sonnen leuchten. Europäische Astronomen haben erstmals nachgewiesen, dass der Magnetar – ein ungewöhnlicher Neutronensterntyp mit einem extrem starken Magnetfeld – aus einem Stern mit mindestens 40-mal so viel Masse wie die Sonne entstanden ist. Bildnachweis: ESO/L. Calçada

„Es ist dieser Prozess des Materialaustauschs, der Westerlund 1-5 die einzigartige chemische Signatur verliehen hat und es der Masse seines Begleiters ermöglicht hat, so weit zu schrumpfen, dass ein Magnetar anstelle eines Schwarzen Lochs geboren wurde – ein Spiel der Sternenübergabe mit kosmischen Konsequenzen!“ schließt Teammitglied Francisco Najarro (Centro de Astrobiología, Spanien).

Es scheint, dass die Zugehörigkeit zu einem Doppelstern ein wesentlicher Bestandteil des Rezepts für die Bildung eines Magnetars sein könnte. Die schnelle Rotation, die durch den Massentransfer zwischen den beiden Sternen entsteht, scheint notwendig zu sein, um das ultrastarke Magnetfeld zu erzeugen, und dann ermöglicht eine zweite Massentransferphase, dass der zukünftige Magnetar ausreichend schlank wird, damit er im Moment seines Todes nicht in ein Schwarzes Loch kollabiert.

Notizen

Der offene Sternhaufen Westerlund 1 wurde 1961 von Australien aus vom schwedischen Astronomen Bengt Westerlund entdeckt, der später von dort nach Chile zog, um ESO-Direktor zu werden (1970–74). Dieser Cluster befindet sich hinter einer riesigen interstellaren Wolke aus Gas und Staub, die den größten Teil seines sichtbaren Lichts blockiert. Der Dimmfaktor beträgt mehr als 100.000, und deshalb hat es so lange gedauert, die wahre Natur dieses speziellen Clusters aufzudecken.

Die vollständige Bezeichnung für diesen Stern lautet Cl* Westerlund 1 W 5.Westerlund 1 ist ein einzigartiges Naturlabor zur Erforschung extremer Sternphysik und hilft Astronomen herauszufinden, wie die massereichsten Sterne in der Milchstraße leben und sterben. Aus ihren Beobachtungen schließen die Astronomen, dass dieser extreme Sternhaufen höchstwahrscheinlich nicht weniger als das 100.000-fache der Sonnenmasse enthält und alle seine Sterne in einer Region mit einem Durchmesser von weniger als 6 Lichtjahren liegen. Westerlund 1 scheint somit der massereichste kompakte junge Sternhaufen zu sein, der bisher in der Milchstraße identifiziert wurde.
Alle bisher in Westerlund 1 analysierten Sterne haben Massen, die mindestens 30–40 Mal so groß sind wie die der Sonne. Da solche Sterne astronomisch gesehen eine recht kurze Lebensdauer haben, muss Westerlund 1 sehr jung sein. Die Astronomen ermitteln ein Alter zwischen 3,5 und 5 Millionen Jahren. Westerlund 1 ist also eindeutig ein neugeborener Sternhaufen in unserer Galaxie.

Wenn Sterne altern, verändern ihre Kernreaktionen ihre chemische Zusammensetzung – Elemente, die die Reaktionen antreiben, werden aufgebraucht und die Reaktionsprodukte sammeln sich an. Dieser stellare chemische Fingerabdruck ist zunächst reich an Wasserstoff und Stickstoff, aber arm an Kohlenstoff, und erst sehr spät im Leben von Sternen nimmt der Kohlenstoff zu, woraufhin Wasserstoff und Stickstoff stark reduziert werden – es wird angenommen, dass es für einzelne Sterne unmöglich ist, gleichzeitig reich an Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenstoff zu sein, wie es bei Westerlund 1-5 der Fall ist.
arXiv: 1405.3109Referenz: „Eine VLT/FLAMES-Untersuchung für massive Doppelsterne in Westerlund 1. IV. Wd1-5 – Doppelsternprodukt und Prä-Supernova-Begleiter für den Magnetar CXOU J1647-45?“ von J. S. Clark, B. W. Ritchie, F. Najarro, N. Langer und I. Negueruela, 14. Mai 2014,DOI: 10.1051/0004-6361/201321771Abonnieren Sie den SciTechDaily-Newsletter.