Astronomen, die das Röntgenobservatorium XMM-Newton der ESA verwenden, haben einen kleinen, hellen "Hot Spot" entdeckt. auf der Oberfläche des Neutronensterns Geminga, 500 Lichtjahre entfernt. Der Hot Spot hat die Größe eines Fußballfeldes und wird durch denselben Mechanismus verursacht, der Gemingas Röntgenschwänze erzeugt. Diese Entdeckung identifiziert die fehlende Verbindung zwischen der Röntgen- und der Gammastrahlenemission von Geminga.
Neutronensterne sind die kleinste bekannte Art von Sternen. Sie sind die superdichten Überreste massereicher Sterne, die bei kataklysmischen Explosionen, den Supernovae, ums Leben kamen. Sie wurden wie Kanonenkugeln durch den Weltraum geworfen und drehten sich rasend schnell. Die Magnetfelder waren hunderte Milliarden Mal stärker als die der Erde.
Im Fall von Geminga enthält diese Kanonenkugel das Eineinhalbfache der Sonnenmasse, die in eine Kugel mit einem Durchmesser von nur 20 Kilometern gepresst ist und sich viermal pro Sekunde dreht.
Eine Wolke voller elektrisch geladener Teilchen umgibt Geminga. Diese Teilchen werden durch ihre magnetischen und elektrischen Felder gehütet. Das XMM-Newton-Observatorium der ESA hatte bereits entdeckt, dass einige dieser Partikel in den Weltraum ausgestoßen werden und Schwänze bilden, die hinter dem Neutronenstern strömen, wenn dieser entlang rast.
Wissenschaftler wussten nicht, ob Gemingas Schwänze von Elektronen oder von ihren Zwillingsteilchen mit entgegengesetzter elektrischer Ladung, Positronen genannt, gebildet werden. Dennoch erwarteten sie, dass, wenn zum Beispiel Elektronen in den Weltraum getreten werden, die Positronen wie in einem "eigenen Ziel" zum Neutronenstern selbst hinunter geschleust werden sollten. Wo diese Teilchen auf die Oberfläche des Sterns treffen, sollten sie einen Hot Spot erzeugen, eine Region, die erheblich heißer ist als die Umgebung.
Ein internationales Team von Astronomen unter der Leitung von Patrizia Caraveo, IASF-CNR, Italien, hat nun die Entdeckung eines solchen Hotspots auf Geminga mithilfe des XMM-Newton-Observatoriums der ESA gemeldet.
Mit einer Temperatur von etwa zwei Millionen Grad ist dieser Hot Spot erheblich heißer als die eine halbe Million Grad der umgebenden Oberfläche. Laut dieser neuen Arbeit hat Gemingas Hot Spot einen Radius von nur 60 Metern.
"Dieser Hot Spot hat die Größe eines Fußballfeldes", sagte Caraveo, "und ist das kleinste Objekt, das jemals außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt wurde." Details dieser Größe können derzeit nur auf dem Mond und dem Mars und selbst dann nur von einem Raumschiff in der Umlaufbahn um sie herum gemessen werden.
Das Vorhandensein eines Hotspots wurde Ende der neunziger Jahre vermutet, aber erst jetzt können wir ihn "live" sehen und dank der überlegenen Empfindlichkeit des ESA-Röntgenobservatoriums XMM-Newton Röntgenstrahlen aussenden, wenn Geminga rotiert.
Das Team verwendete die European Photon Imaging Cameras (EPIC), um eine Studie über Geminga durchzuführen, die etwa 28 aufeinanderfolgende Stunden dauerte und die Ankunftszeit und Energie jedes Röntgenphotons aufzeichnete, das Geminga in Reichweite von XMM-Newton emittierte.
„Insgesamt waren das 76 850 Röntgenaufnahmen? doppelt so viele wie bei allen früheren Beobachtungen von Geminga seit der Zeit des Römischen Reiches gesammelt wurden “, sagte Caraveo.
Die Kenntnis der Rotationsrate von Geminga und der Zeit der Ankunft jedes Photons bedeutete, dass Astronomen identifizieren konnten, welche Photonen aus jeder Region des Neutronensterns kamen, wenn dieser rotierte.
Beim Vergleich von Photonen aus verschiedenen Regionen des Sterns stellten sie fest, dass die? Farbe? der Röntgenstrahlen, die ihrer Energie entsprechen, änderten sich, als Geminga sich drehte. Insbesondere konnten sie deutlich eine deutliche Farbveränderung erkennen, als der Hot Spot in Sicht kam und dann hinter dem Stern verschwand.
Diese Forschung schließt die Lücke zwischen der Röntgen- und Gammastrahlenemission von Neutronensternen. XMM-Newton hat gezeigt, dass beide durch denselben physikalischen Mechanismus entstehen können, nämlich durch die Beschleunigung geladener Teilchen in der Magnetosphäre dieser entarteten Sterne.
"Die Geminga-Beobachtung von XMM-Newton war besonders fruchtbar", sagte Norbert Schartel, Projektwissenschaftler der ESA für XMM-Newton. "Letztes Jahr hat es die Entdeckung der Quellschwänze gebracht und jetzt hat es seinen rotierenden Hot Spot gefunden."
Caraveo wendet diese neue Technik bereits auf andere pulsierende Neutronensterne an, die von XMM-Newton auf der Suche nach Hot Spots beobachtet wurden. Diese Forschung stellt ein wichtiges neues Werkzeug zum Verständnis der Physik von Neutronensternen dar.
Originalquelle: ESA-Pressemitteilung
