Wenn Neutronensternen zu warm wird

News: Wenn Neutronensternen zu warm wird

Neutronensterne sind schon ziemlich ungemütliche Orte. Mal davon abgesehen, dass manchem Zeitgenossen schon allein die starke Gravitation auf ihnen sehr zu schaffen machen würde, so stören doch die ständigen thermonuklearen Explosionen mehrmals am Tag ganz erheblich. Und dann scheppert es alle paar Jahre auch noch richtig doll, wenn dem Stern unter der ganzen angesammelten Asche richtig warm geworden ist. So geschehen kürzlich in einem Zwillingssystem, das auf den Namen 4U 1820-30 hört.

Bei einem Neutronenstern handelt es sich um den eher unscheinbaren Überrest einer einst recht massenreichen Sonne. Nachdem der nukleare Brennstoff aufgebraucht war, entledigte sie sich ihrer äußeren Hülle. Der verbleibende Kern kollabierte schließlich zu einem kleinen Klumpen mit sehr hoher Dichte. Neutronensterne haben gerne einen Sternenpartner in der Nähe, den sie im Laufe der Zeit hemmungslos aussaugen dürfen. Das geschieht auch im System 4U 1820-30. Ein Neutronenstern und ein Zwergstern tanzen umeinander herum, wobei die beiden für ein Umkreisen nur elf Minuten brauchen – was im galaktischen Maßstab eine rekordverdächtig kurze Zeit darstellt. Der Orbit fällt im Übrigen recht sparsam aus. Er würde leicht in unsere Sonne passen. Der Zwergstern besteht in erster Linie aus Helium, und dieses schlürft die Anziehungskraft des Neutronensterns langsam weg. Es sammelt sich um dem Neutronenstern und rieselt schließlich auf ihn herab. Das Schauspiel wird von allerlei Lichteffekten bevorzugt im Röntgenspektrum begleitet. Das ganze Helium heizt dem Neutronenstern ganz schön ein. Schließlich, wenn der Druck und die Hitze nicht mehr auszuhalten sind, zündet eine Kernreaktion, bei der das Helium mit einer wahren Flut an Röntgenstrahlen zu Kohlenstoff verbrennt. Das Spektakel dauert zehn Sekunden und spielt sich mehrmals täglich ab.

Tod Strohmayer des NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt konnte mit Hilfe des Rossi X-ray Timing Explorers nun einen Ausbruch im Röntgenspektrum beobachten, der die täglichen Eruptionen bei weitem in den Schatten stellt. Gleich drei Stunden dauerte das Feuerwerk im Röntgenbereich. Die dabei freigesetzte Energie entspricht in etwa dem, was die Sonne in zwanzig Jahren umsetzt. Wie konnte der Winzling mit einem Durchmesser von gerade mal elf Kilometern soviel Energie freisetzen? Nun, im Laufe der Jahre lagert sich tonnenweise Kohlenstoffasche als Überbleibsel der täglichen Ausbrüche auf der Oberfläche des Neutronensterns ab. Strohmayer vermutet, dass bei dem nuklearen Inferno genau diese Asche in einer Kernfusion verbrannt ist. Ausgehend von der Rate an Materie, die täglich auf den Stern niederregnet, dauert es nach Strohmayer etwa ein bis zwei Jahre, bis sich genug Kohlenstoff angesammelt hat, um eine solche Reaktion in Gang zu setzen. Außerdem muss es dazu sehr heiß sein, die Schätzung beläuft sich hier auf eine Milliarde Grad Celsius. Deswegen geht der Forscher davon aus, dass eine normale Kernreaktion das Spektakel ausgelöst hat. Diesen entfachenden "Funken" im Röntgenspektrum konnte er auch kurz vor der Haupteruption erkennen (2000 High Energy Astrophysics Division Meeting vom 8. November 2000).

Strohmayer, der offenbar als erster eine Kohlenstoff-Kernfusion beobachten konnte, äußert sich zufrieden: "Dies ist eine ordentliche Entdeckung. Wir hatten vermutet, dass solche Explosionen existieren könnten, aber da sie so rar sind, wussten wir nicht, ob wir tatsächlich eine beobachten könnten. Solche langen Ausbrüche mit einem so reichhaltigen Sortiment an Röntgendaten geben uns neue Einsichten in die Physik von Neutronensternen und thermonuklearen Explosionen, insbesondere über das, was unter der Oberfläche passiert."

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 10.11.2000
"Fingerabdruck im Röntgenwind"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 6.11.2000
"Blitzartiger Zusammenbruch"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 5.5.1998
"So hell wie das ganze übrige Universum"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 9/97, Seite 30
"Gammastrahlungs-Ausbrüche: Explosionen im fernen Kosmos"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

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