News: Jetset der Verblichenen
Zwar stehen sowohl Neutronensterne wie auch Schwarze Löcher am Ende des Lebens eines massereichen Sterns, doch in vielerlei Hinsicht hatten Schwarze Löcher bislang deutlich die Nase vorn. Zumindest in Sachen Materieausstoß haben sie nun gegenüber einem Neutronenstern das Nachsehen.
© (Ausschnitt)
Alles eine Frage der Masse. Und je mehr davon am Anfang vorhanden ist, desto kleiner das Objekt, das am Ende zurück bleibt. So zumindest lässt sich das Endstadium von Sternen auf den Punkt bringen. Während unsere Sonne sowie andere Sterne mit bis zu acht Sonnenmassen am Ende ihres Lebens zu einem Weißen Zwerg schrumpfen – ein dichter Sternenrest von einigen Tausend Kilometern Radius –, kollabieren noch massereichere Exemplare zu einem Neutronenstern, der zwar fast die gleiche Masse aufbringt wie ein Weißer Zwerg, sich jedoch mit lediglich zehn Kilometern Radius deutlich kleiner ausnimmt als sein stellarer Kollege.
Ist die ursprüngliche Masse des Sterns noch größer, dann implodiert die Raumzeit geradezu beim Ableben des Sterns, und ein Schwarzes Loch entsteht – ein Objekt, das so kompakt ist, dass selbst das Licht seinem Gravitationsfeld nicht entrinnen kann. Die Grenze eines Schwarzen Lochs, von der es kein zurück mehr gibt, nennen Physiker den Ereignishorizont. Was hier hinein gerät, verschwindet für immer von der Bildfläche.
Sicherlich ist es dieser Umstand, der Schwarzen Löchern eine besondere Faszination verleiht. Schließlich lassen sie sich nicht direkt beobachten. Eigentlich kann nur indirekt auf ihre Existenz geschlossen werden: etwa durch die Bewegung von Massen im Raum. Auch starke Strahlung, die zuweilen von ihnen ausgeht, verraten die Vielfraße im All. Dabei stammt diese Strahlung jedoch nicht vom Schwarzen Loch selbst – denn, schließlich kann nichts dem Ereignishorizont entkommen. Vielmehr kommt sie aus der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs, wo sich Materie in einer Akkretionsscheibe sammelt, verdichtet und extrem aufheizt.
Neben der energiereichen elektromagnetischen Strahlung beobachten Astronomen dabei auch so genannte Jets – kollimierte Materiestrahlen, die senkrecht zur Gasscheibe ins All hinaus schießen. Zwar sind solche Materieauswürfe auch von anderen astronomischen Objekten bekannt, aber Schwarze Löcher brachten es bislang auf die höchste Geschwindigkeit bei den Teilchenströmen. Bis zu 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreichen manche Jets.
Nun jedoch konnten Astronomen zum ersten Mal solche ultrarelativistischen Jets bei Neutronensternen beobachten. Rob Fender von der Universität Amsterdam konnten im Leuchten der veränderlichen Röntgenquelle Circinus X-1 Materiestrahlen ausmachen, die sich sogar mit 99,8 Prozent der Lichtgeschwindigkeit fortpflanzen. Lumpige 0,8 Prozentpunkte Unterschied zum Schwarzen Loch – das hört sich nicht nach viel an – ist es aber. Denn da der Energiebedarf beim Beschleunigen eines Objekts auf Lichtgeschwindigkeit gegen unendlich strebt, braucht es mehr Energie ein Teilchen von 99 auf 99,8 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, als es von 0 auf 99 Prozent zu bringen.
Damit sind die Jets der 20 000 Lichtjahre entfernten Röntgenquelle die schnellsten der ganzen Milchstraße. Einzig die Materiestrahlen in mancher anderen Galaxie können gleichziehen – hier jedoch werden sie tatsächlich von supermassereichen Schwarzen Löchern mit mehreren Millionen bis Milliarden Sonnenmassen im Zentrum des jeweiligen Systems erzeugt. Also fast ein wenig unfair der Vergleich, könnte man meinen.
Aber woher wissen die Astronomen überhaupt, dass es sich bei dem Jet-Spucker tatsächlich um einen Neutronenstern und nicht etwa um ein Schwarzes Loch handelt? Nun, bekannt war schon, dass die Röntgenquelle im Sternbild Zirkel (Circinus) aus zwei Objekten – einem "normalen" Stern von vielleicht drei bis fünf Sonnenmassen und einem kleinen kompakten Begleiter besteht. Aus charakteristischen Röntgenausbrüchen, mit denen sich dieser Begleiter von Zeit zu Zeit bemerkbar macht, leiten die Wissenschaftler ab, dass es sich um einen Neutronenstern handelt. "Diese Röntgenausbrüche sind Hinweise auf einen Stern mit einer Oberfläche. Ein Schwarzes Loch hat keine Oberfläche. Deshalb muss der Begleiter ein Neutronenstern sein", fast Helen Johnston von der Universität Sydney kurz zusammen.
Denn der Neutronenstern zieht ständig Materie von seinem großen Kompagnon ab, die dann auf den kleinen Sternenrest niederprasselt. Anhand von Variationen der Emission können Astronomen sogar die Umlaufdauer der beiden Objekte bestimmen: 17 Tage. Der Orbit des ungleichen Duos ist nämlich stark elliptisch. "Bei ihrer nächsten Annäherung berühren sich die beiden Sterne schon fast", so Johnston. Dann reißt der Neutronenstern besonders viel Materie an sich und ist entsprechend lichtstark im Röntgenbereich.
Und was sagt uns das alles? Zunächst einmal nicht viel. Aber immerhin: Was auch immer derartige Materieausstöße bewirkt – es kann kein Prozess sein, der sich allein auf Schwarze Löcher beschränkt. Aber vermutlich müssen Astronomen noch so manche lange Stunde Beobachtungszeit investieren, um dem Phänomen sein letztes Geheimnis zu entreißen. Fender dazu: "Die Entstehung von Jets ist ein grundlegender kosmischer Prozess, jedoch einer, der selbst nach Jahrzehnten der Forschung noch nicht sonderlich gut verstanden ist."
Ist die ursprüngliche Masse des Sterns noch größer, dann implodiert die Raumzeit geradezu beim Ableben des Sterns, und ein Schwarzes Loch entsteht – ein Objekt, das so kompakt ist, dass selbst das Licht seinem Gravitationsfeld nicht entrinnen kann. Die Grenze eines Schwarzen Lochs, von der es kein zurück mehr gibt, nennen Physiker den Ereignishorizont. Was hier hinein gerät, verschwindet für immer von der Bildfläche.
Sicherlich ist es dieser Umstand, der Schwarzen Löchern eine besondere Faszination verleiht. Schließlich lassen sie sich nicht direkt beobachten. Eigentlich kann nur indirekt auf ihre Existenz geschlossen werden: etwa durch die Bewegung von Massen im Raum. Auch starke Strahlung, die zuweilen von ihnen ausgeht, verraten die Vielfraße im All. Dabei stammt diese Strahlung jedoch nicht vom Schwarzen Loch selbst – denn, schließlich kann nichts dem Ereignishorizont entkommen. Vielmehr kommt sie aus der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs, wo sich Materie in einer Akkretionsscheibe sammelt, verdichtet und extrem aufheizt.
Neben der energiereichen elektromagnetischen Strahlung beobachten Astronomen dabei auch so genannte Jets – kollimierte Materiestrahlen, die senkrecht zur Gasscheibe ins All hinaus schießen. Zwar sind solche Materieauswürfe auch von anderen astronomischen Objekten bekannt, aber Schwarze Löcher brachten es bislang auf die höchste Geschwindigkeit bei den Teilchenströmen. Bis zu 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreichen manche Jets.
Nun jedoch konnten Astronomen zum ersten Mal solche ultrarelativistischen Jets bei Neutronensternen beobachten. Rob Fender von der Universität Amsterdam konnten im Leuchten der veränderlichen Röntgenquelle Circinus X-1 Materiestrahlen ausmachen, die sich sogar mit 99,8 Prozent der Lichtgeschwindigkeit fortpflanzen. Lumpige 0,8 Prozentpunkte Unterschied zum Schwarzen Loch – das hört sich nicht nach viel an – ist es aber. Denn da der Energiebedarf beim Beschleunigen eines Objekts auf Lichtgeschwindigkeit gegen unendlich strebt, braucht es mehr Energie ein Teilchen von 99 auf 99,8 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, als es von 0 auf 99 Prozent zu bringen.
Damit sind die Jets der 20 000 Lichtjahre entfernten Röntgenquelle die schnellsten der ganzen Milchstraße. Einzig die Materiestrahlen in mancher anderen Galaxie können gleichziehen – hier jedoch werden sie tatsächlich von supermassereichen Schwarzen Löchern mit mehreren Millionen bis Milliarden Sonnenmassen im Zentrum des jeweiligen Systems erzeugt. Also fast ein wenig unfair der Vergleich, könnte man meinen.
Aber woher wissen die Astronomen überhaupt, dass es sich bei dem Jet-Spucker tatsächlich um einen Neutronenstern und nicht etwa um ein Schwarzes Loch handelt? Nun, bekannt war schon, dass die Röntgenquelle im Sternbild Zirkel (Circinus) aus zwei Objekten – einem "normalen" Stern von vielleicht drei bis fünf Sonnenmassen und einem kleinen kompakten Begleiter besteht. Aus charakteristischen Röntgenausbrüchen, mit denen sich dieser Begleiter von Zeit zu Zeit bemerkbar macht, leiten die Wissenschaftler ab, dass es sich um einen Neutronenstern handelt. "Diese Röntgenausbrüche sind Hinweise auf einen Stern mit einer Oberfläche. Ein Schwarzes Loch hat keine Oberfläche. Deshalb muss der Begleiter ein Neutronenstern sein", fast Helen Johnston von der Universität Sydney kurz zusammen.
Denn der Neutronenstern zieht ständig Materie von seinem großen Kompagnon ab, die dann auf den kleinen Sternenrest niederprasselt. Anhand von Variationen der Emission können Astronomen sogar die Umlaufdauer der beiden Objekte bestimmen: 17 Tage. Der Orbit des ungleichen Duos ist nämlich stark elliptisch. "Bei ihrer nächsten Annäherung berühren sich die beiden Sterne schon fast", so Johnston. Dann reißt der Neutronenstern besonders viel Materie an sich und ist entsprechend lichtstark im Röntgenbereich.
Und was sagt uns das alles? Zunächst einmal nicht viel. Aber immerhin: Was auch immer derartige Materieausstöße bewirkt – es kann kein Prozess sein, der sich allein auf Schwarze Löcher beschränkt. Aber vermutlich müssen Astronomen noch so manche lange Stunde Beobachtungszeit investieren, um dem Phänomen sein letztes Geheimnis zu entreißen. Fender dazu: "Die Entstehung von Jets ist ein grundlegender kosmischer Prozess, jedoch einer, der selbst nach Jahrzehnten der Forschung noch nicht sonderlich gut verstanden ist."
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