Pulsar ist noch dichter als bisher angenommen

15.12.2004 - Eine lange Beobachtung eines jungen Pulsars, mit NASA's "Chandra X-ray Observatory", enthüllte unerwarteterweise ein rasches abkühlen, was nahe legt, dass der Pulsar dichtere Materie beinhaltet als vorher angenommen wurde.

Die kühle Temperatur des Pulsars und das riesige magnetische Netz von hochenergetischen Teilchen, dass ihn umgibt, hat Einflüsse auf die Theorie der Kernteilchen und den Ursprung magnetischer Felder in kosmischen Objekten.

Ein internationales Team von Wissenschaftlern nutzte die Chandra-Daten um die Temperatur des Pulsars, der sich im Zentrum von 3C58 befindet, zu messen. Es handelt sich dabei um die Überreste eines Sterns, dessen Explosion im Jahre 1181 beobachtet wurde. Chandras Bild von 3C58 zeigt auch eindrucksvolle Jets, Ringe und magnetisierte Schleifen von Hochenergie-Partikeln, die durch den Pulsar erzeugt wurden.

"Wir haben nun einen klaren Beweis dafür, dass sich die Oberfläche des 3C58 Pulsars, in etwas mehr als 800 Jahren, auf eine Temperatur von etwas unter einer Millionen Grad abgekühlt haben wird" sagt Patrick Slane vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Mass. "Eine Millionen Grad klingt vielleicht recht viel, aber für einen jungen Neutronenstern ist dies wie eine gefrorene Tundra in Wisconsin."

Pulsare entstehen, wenn der zentrale Kern eines massiven Sterns kollabiert und ein dichtes Objekt von etwa 15 Kilometern Durchmesser erzeugt, dass fast ausschließlich aus Neutronen besteht. Zusammenstöße zwischen Neutronen und anderen, subatomaren Teilchen, im Inneren des Sterns produzieren Neutrinos, die Energie vom Stern weg transportieren, wenn sie ihn verlassen. Dieser Abkühlungsprozess hängt stark von der Dichte und Art der Teilchen im Inneren ab, weshalb Messungen der Oberflächentemperatur von Pulsaren nur einen Weg bieten die extremen Bedingungen zu testen, wobei die Dichten dabei so hoch sind, dass unser derzeitiges Verständnis der Interaktion von Teilchen limitiert ist. Sie (Pulsare) repräsentieren die maximale Dichte, die erreicht werden kann, bevor ein Stern zusammenbricht und sich ein Schwarzes Loch bildet.

Die relativ kühle Temperatur des 3C58 Pulsars, kombiniert mit Beweisen des Vela Pulsars und anderen jungen Neutronensternen, deuten auf eine schnelle Abkühlung, aufgrund von unerwarteten Bedingungen im Neutronenstern, hin. Eine Möglichkeit ist, dass mehr Protonen den Zusammenbruch zu Neutronenstern-Dichten überlebt haben, als man erwartet hätte, oder vielleicht eine exotischere Art von subatomaren Teilchen für die schnellere Abkühlung verantwortlich ist.

Den Pulsar umgibt eine helle, ringförmige Struktur, mit jetartigen Eigenschaften, die sich senkrecht vom Torus wegbewegen. Diese Eigenschaften, die durch Strahlung von extrem hochenergetischen Teilchen, produziert und durch den Pulsar hervorgerufen werden, weisen eine starke Ähnlichkeit zu den Ringen und Jets des Krebs-Pulsars auf.

Die Chandra Bilder von 3C58, Krebs und einer wachsenden Liste weiterer Pulsare, liefern Beweise dafür, dass starke elektromagnetische Felder, die sich um schnell rotierende Neutronensterne befinden, starke Generatoren für Hochenergie-Partikel sind. Eines der faszinierenden Einflüsse auf diese Resultate ist, dass Pulsare magnetische Felder drehen und Hochenergie-Partikel, bis weit in den Weltraum hinaus produzieren können.

Die komplizierte Struktur der Röntgen-Schleifen, sichtbar in den Chandra- und Radiobildern von 3C58, im Nebel, der sich einige Dutzend Lichtjahre vom Pulsar ausdehnt, zeigt die komplexe Struktur des Magnetfeldes an dieser Stelle. Genaue Analysen und Vergleiche dieser Strukturen mit denen des Krebs-Nebels, sowie anderer Pulsare, sollten Astrophysikern dabei helfen, besser zu verstehen wie magnetische Felder von Pulsaren, und in viel größerem Maßstab von Scheiben, die in Schwarze Löcher von Galaxien eintreten, erzeugt werden.

Chandra beobachtete 3C58, der sich in einer Entfernung von etwa 10.000 Lichtjahren befindet, für fast 100 Stunden, zwischen dem 22-26 April, mit seinem "Advanced CCD Imaging Spectrometer instrument".

Autor: Frank Erhardt