Astrophysik: Neutronenstern genau "vermessen und gewogen"
© NASA, GSFC (Ausschnitt)
Wissenschaftlern gelang indirekt die bislang genaueste Messung von Größe und Masse eines Neutronensterns. Die Ergebnisse geben Aufschluss über die Zusammensetzung des hochdichten Sternenrests.
Tod Strohmayer vom Goddard Space Flight Center (GSFC) der Nasa und sein Kollege Adam Villarreal von der Universität von Arizona in Tucson haben anhand von Röntgendaten, die mit der Nasa-Sonde Rossi X-ray Timing Explorer gewonnen wurden, zunächst die Rotationsfrequenz des Sternenüberbleibsels mit 45 Umdrehungen pro Sekunde gemessen.
Der untersuchte Neutronenstern ist Teil des Doppelsystems EXO 0748-676, das sich in 30 000 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Fliegender Fisch (Volans) in der Nähe des Himmelssüdpols befindet. Dort reißt der hochdichte Stern durch sein Schwerefeld Gas von seinem normalen Begleitstern an sich. Trifft die Materie auf die Oberfläche des Neutronensterns, so kommt es dort zu thermonuklearen Explosionen, deren Flackern die Rotationsgeschwindigkeit des Himmelskörpers verrät.
Außerdem griffen Strohmayer und Villarreal auf Daten des Esa-Röntgensatelliten XMM-Newton zurück. Mit diesem Weltraumteleskop hatten Forscher um Jean Cottam vom GSFC bereits das Massen-Radius-Verhältnis bestimmt – allerdings ohne Masse oder Radius zu kennen. Gemessen hatten die Forscher, wie stark das Gravitationsfeld des Neutronensterns Licht von der geradlinigen Ausbreitungsrichtung ablenkt. Ferner bestimmten die Astronomen die Geschwindigkeit des einströmenden Gases anhand der Dopplerverschiebung des von dort emittierten Lichts.
Aus den Dopplerdaten sowie der neu bestimmten Rotationsfrequenz schätzten Strohmayer und Villarreal den Radius des Neutronensterns auf 9,5 bis 15 Kilometer ab, wobei der wahrscheinlichte Wert bei 11,5 Kilometern liegt. Aus dem Massen-Radius-Verhältnis lässt sich damit das Gewicht des Neutronensterns auf etwa 1,75 Sonnenmassen abschätzen.
Die Werte passen damit gut zu gängigen Modellen, die davon ausgehen, dass die hochdichte Sternmaterie im Wesentlichen nur noch aus freien Neutronen mit sehr wenigen Protonen und freien Elektronen besteht. Die Dichte ist Billionenmal größer als die jeglichen Material, das auf der Erde existiert. Die Materie im Innern von Neutronensternen liegt eventuell unter ähnlichen Bedingungen vor, wie sie einst kurz nach dem Urknall vorherrschten.
Tod Strohmayer vom Goddard Space Flight Center (GSFC) der Nasa und sein Kollege Adam Villarreal von der Universität von Arizona in Tucson haben anhand von Röntgendaten, die mit der Nasa-Sonde Rossi X-ray Timing Explorer gewonnen wurden, zunächst die Rotationsfrequenz des Sternenüberbleibsels mit 45 Umdrehungen pro Sekunde gemessen.
Der untersuchte Neutronenstern ist Teil des Doppelsystems EXO 0748-676, das sich in 30 000 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Fliegender Fisch (Volans) in der Nähe des Himmelssüdpols befindet. Dort reißt der hochdichte Stern durch sein Schwerefeld Gas von seinem normalen Begleitstern an sich. Trifft die Materie auf die Oberfläche des Neutronensterns, so kommt es dort zu thermonuklearen Explosionen, deren Flackern die Rotationsgeschwindigkeit des Himmelskörpers verrät.
Außerdem griffen Strohmayer und Villarreal auf Daten des Esa-Röntgensatelliten XMM-Newton zurück. Mit diesem Weltraumteleskop hatten Forscher um Jean Cottam vom GSFC bereits das Massen-Radius-Verhältnis bestimmt – allerdings ohne Masse oder Radius zu kennen. Gemessen hatten die Forscher, wie stark das Gravitationsfeld des Neutronensterns Licht von der geradlinigen Ausbreitungsrichtung ablenkt. Ferner bestimmten die Astronomen die Geschwindigkeit des einströmenden Gases anhand der Dopplerverschiebung des von dort emittierten Lichts.
Aus den Dopplerdaten sowie der neu bestimmten Rotationsfrequenz schätzten Strohmayer und Villarreal den Radius des Neutronensterns auf 9,5 bis 15 Kilometer ab, wobei der wahrscheinlichte Wert bei 11,5 Kilometern liegt. Aus dem Massen-Radius-Verhältnis lässt sich damit das Gewicht des Neutronensterns auf etwa 1,75 Sonnenmassen abschätzen.
Die Werte passen damit gut zu gängigen Modellen, die davon ausgehen, dass die hochdichte Sternmaterie im Wesentlichen nur noch aus freien Neutronen mit sehr wenigen Protonen und freien Elektronen besteht. Die Dichte ist Billionenmal größer als die jeglichen Material, das auf der Erde existiert. Die Materie im Innern von Neutronensternen liegt eventuell unter ähnlichen Bedingungen vor, wie sie einst kurz nach dem Urknall vorherrschten.
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