Extrem heller Röntgen-Pulsar erwacht in einer Galaxie „nicht so weit weg“

Nach 26 Jahren kosmischer Ruhe erwachte zwischen unseren galaktischen Nachbarn, den beiden Magellanschen Wolken, ein neuer extrem heller Röntgen-Pulsar. Es ist das zweitnächste bisher bekannte Objekt dieser Art und strahlt mit einer Helligkeit von mehr als einer Million Sonnen.

Das Objekt, bekannt als RX J0209.6-7427, wurde erstmals 1993 während eines sechs Monate dauernden Ausbruchs entdeckt. Obwohl es zunächst als Be-Röntgendoppelsternsystem identifiziert wurde, blieb seine wahre Natur ein Rätsel. Erst im November 2019 – nach 26 Jahren kosmischer Stille – flammte das als „ultra-heller Röntgen-Pulsar“ (ULXP) klassifizierte Objekt wieder auf.

Indische Wissenschaftler nutzten die Gelegenheit und Indiens Weltraumobservatorium „AstroSat“, um das Mysterium zu enthüllen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in den „Monatlichen Notizen“ der britischen Königlichen Astronomischen Gesellschaft.

Röntgen-Pulsar theoretisch mit bloßem Auge sichtbar

Der Pulsar befindet sich in der Magellan-Brücke, einem Strom aus Gas und Sternen, der die Magellanschen Wolken miteinander verbindet. Die Magellanschen Wolken in etwa 160.000 beziehungsweise 200.000 Lichtjahren Entfernung sind zwei unserer nächsten galaktischen Begleiter und einige der am weitesten entfernten, mit dem bloßen Auge sichtbaren Objekte. Die neue Röntgenquelle ist – nach einer Entdeckung im Jahr 2018 in unserer eigenen Milchstraßengalaxie – der zweitnächste, bisher bekannte ULXP. Insgesamt kennt die Wissenschaft bislang lediglich acht Objekte dieser Art.

Ultra-helle Röntgenquellen sind als einzelne Punkte am Himmel beobachtbar. Ihre Helligkeit ist jedoch mit der einer ganzen Galaxie vergleichbar. „Die herkömmliche Theorie besagt, dass ULXPs, um so hell zu leuchten, leuchtende Akkretionsscheiben um Schwarze Löcher herum sein müssen“, sagte Amar Deo Chandra, Hauptautor der neuen Studie. „Neuere Entdeckungen von Pulsationen in diesen Objekten deuten jedoch darauf hin, dass sie tatsächlich Neutronensterne in ihrem Herzen haben könnten“.

Ein Neutronenstern ist der Überrest eines toten Sterns, der so viel Materie enthält wie unsere Sonne. Die gesamte Masse ist dabei jedoch auf einen winzigen Radius von nur 10 km – oder die Größe einer kleinen Stadt – zusammengedrückt. Man nimmt an, dass sich der Neutronenstern in diesem Objekt mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 Mal pro Sekunde dreht und von seinen Magnetpolen Impulse energiereicher Röntgenstrahlung aussendet. Diese Annahme führte schließlich zur Klassifikation als „Röntgen-Pulsar“.

Die Astronomen vom IISER Kolkata, der IUCAA Pune und dem Center for Excellence in Basic Sciences Mumbai haben zudem herausgefunden, dass der Pulsar möglicherweise sogar schneller wird und ein helles Röntgen-„Feuerwerk“ auslöst. Dies, so vermuten die Forscher, geschehe immer dann, wenn der Neutronenstern Material von einem Begleiter einfängt, Energie in das System injiziert und die Rotation beschleunigt.

12 Tage bis zum Röntgen-Blitz

Diese Theorie bestätigten internationale Forscher in einer unabhängigen Untersuchung des Pulsars SAX J1808.4-3658. Mit sieben Teleskopen – fünf am Boden, zwei im Weltraum – beobachteten sie zum ersten Mal den vollständigen, zwölftägigen Prozess, bei dem sich Material spiralförmig zu einem Neutronenstern bewegt. Der folgende Röntgenausbruch leuchtete etwa tausendmal heller als unsere Sonne.

Die Physik hinter diesem „Vorgang“ war den Physikern jahrzehntelang entgangen, auch weil es nur sehr wenige umfassende Beobachtungen des Phänomens gibt. Nun stellte sich heraus, dass es zwölf Tage dauerte, bis das Material nach innen wirbelte und mit dem Neutronenstern kollidierte. Bisher gingen Astronomen von zwei bis drei Tagen aus.

„Diese Beobachtungen ermöglichen es uns, die Struktur der Akkretionsscheibe zu untersuchen und zu bestimmen, wie schnell und leicht sich Material nach innen zum Neutronenstern bewegen kann“, sagte Adelle Goodwin, Doktorandin an der Monash University. Dementsprechend dreht sich SAX J1808.4-3658 in nur 11.000 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Saggitarius (Schütze) etwa 400 Mal pro Sekunde. Die dabei freigesetzte Energie entspricht etwa der Energieabgabe der Sonne in 10 Jahren – gekürzt auf den Zeitraum von einigen Wochen.

Akkretionsscheiben bestehen normalerweise aus Wasserstoff, aber dieses spezielle Objekt hat eine Scheibe, die etwa zur Hälfte aus Helium besteht. Dieses überschüssige Helium könnte die Erwärmung der Scheibe verlangsamen, da Helium bei einer höheren Temperatur „verbrennt“, so dass das „Hochfahren“ 12 Tage dauert.

(Mit Material der Königlichen Astronomischen Gesellschaft und der Monash University)