Stellar Science

Ein Pulsar hat genug von seinem stellaren Begleiter verschlungen, um sich den Titel für den massereichsten bekannten Neutronenstern zu schnappen.

Die Illustration dieses Künstlers zeigt einen „Schwarze-Witwen-Pulsar“ und seinen Begleitstern. Im Fall von PSR J0952-0607 scheint der Begleiter jedoch den größten Teil seiner Masse abgegeben zu haben, was ihn eher zu einem Braunen Zwerg als zu einem Stern macht. Goddard Space Flight Center der NASA

Es ist das astronomische Äquivalent eines olympischen Athleten, der in einer Sportart eine Silbermedaille und in einer anderen eine Goldmedaille gewinnt. Der etwa 20.000 Lichtjahre entfernte Pulsar PSR J0952-0607 im Sternbild Sextanten trägt bereits den Titel des zweitschnellsten bekannten Rotators, der sich 707 Mal pro Sekunde um seine eigene Achse dreht. Jetzt hat er auch den Rekord für den massereichsten bekannten Neutronenstern gebrochen, der 2,35 Sonnenmassen wiegt.

Neutronensterne sind die stadtgroßen, extrem kompakten Überbleibsel von Supernova-Explosionen. Strahlen hochenergetischer Teilchen und Strahlung von ihren Magnetpolen fegen durch den Raum, während sie rotieren. Abhängig von ihrer Ausrichtung sehen wir einige von ihnen als Pulsare – schnell pulsierende Quellen von Radiowellen und/oder Röntgenstrahlen.

J0952 wurde im Dezember 2016 von den niederländischen Radioastronomen Cees Bassa, Ziggy Pleunis und Jason Hessels (von denen keiner an der neuen Studie beteiligt war) mithilfe des International Low-Frequency Array (LOFAR) – einem europäischen Netzwerk kleiner Radioantennen – entdeckt seinen Kern in den Niederlanden.

„Das Design unserer Suche war darauf ausgerichtet, Neutronensterne zu finden, die bei niedrigen Radiofrequenzen hell sind, von denen erwartet wurde, dass sie sich schnell drehen“, sagt Bassa. Tatsächlich hat PSR 0952 eine Rotationsperiode von nur 1,41 Millisekunden – knapp unter der 1,40-Millisekunden-Rate des aktuellen Rekordhalters PSR J1748-2446. Die Oberflächen dieser Objekte peitschen mit etwa 20 % Lichtgeschwindigkeit herum!

Diese Millisekunden-Pulsare drehen sich hoch, während sie Material von einem umlaufenden Begleitstern ansammeln. In einigen Fällen wird der Begleiter langsam verschlungen, weshalb Objekte wie J0952 auch Pulsare der schwarzen Witwe genannt werden, nach der Spinne, die sich zuerst mit ihrem Partner paart und ihn dann frisst.

Das sich ansammelnde Gas erhöht allmählich die Masse des Neutronensterns. Der Begleiter von J0952 hat wahrscheinlich mindestens eine Sonnenmasse an den Pulsar verloren und ist zu einem substellaren Objekt von einigen zehn Jupitermassen zusammengeschrumpft. „Akkretierte Pulsare sind möglicherweise die massereichsten Neutronensterne, die in der Natur zu finden sind“, kommentiert Hessels. Die Bestimmung ihrer Masse ist jedoch nicht einfach.

Einem Team unter der Leitung von Roger Romani (Stanford University) ist es nun gelungen, mit dem 10-Meter-Keck-I-Teleskop auf dem Mauna Kea, Hawaii, Spektren des extrem schwachen (23. Größe) Begleiters von J0952 aufzunehmen. In einer Studie, die in den Astrophysical Journal Letters erscheinen soll, berichten sie über Doppler-Messungen, die eine Umlaufgeschwindigkeit von 380 Kilometern pro Sekunde (850.000 mph) anzeigen. Kombiniert mit Helligkeitsmessungen über die Umlaufzeit von 6,42 Stunden ergibt dies eine Masseschätzung für den Neutronenstern von 2,35 Sonnenmassen. Der bisherige Rekordhalter (PSR J0740+6620) brachte nur 2,08 Sonnenmassen auf die Waage.

Das Ergebnis ist wichtig, weil niemand weiß, wie sich Materie unter den extremsten Bedingungen verhält. Das Innere von Neutronensternen kann aus gewöhnlichen Elementarteilchen oder aus völlig neuen Formen von Materie bestehen. Diese sogenannte Zustandsgleichung bestimmt, wie massiv ein Neutronenstern werden kann, bevor er weiter in ein Schwarzes Loch kollabiert.

Die Massenschätzung von J0952 ist noch ziemlich unsicher, mit einem möglichen Fehler von ± 0,17 Sonnenmassen. „Natürlich würden wir uns eine noch strengere Massenmessung dieses besonders wichtigen Systems wünschen“, schreiben Romani und seine Kollegen, „aber verbessert [radial velocity measurements] erwarten wahrscheinlich die 30-m-Teleskop-Ära.“

Laut Victoria Kaspi (McGill University, Kanada), die nicht an der Studie beteiligt war, stellt das neue Ergebnis eine wichtige Einschränkung dar, aber es ist noch zu früh, um endgültige Schlussfolgerungen über die Materie von Neutronensternen zu ziehen.

„Ich denke, dieses Ergebnis ist eine Warnung an Modellierer ultradichter Materie, dass Neutronensterne in der Lage sein könnten, ziemlich hohe Massen zu haben“, sagt sie. „Wenn ich ein Theoretiker wäre, der mit einem Modell verheiratet ist, das nur masseärmere Neutronensterne zulässt, würde ich jetzt anfangen, mir den Kopf zu kratzen, obwohl ich noch nicht in Panik geraten wäre.“


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