HESS-Bild des Binärpaars PSR B-1259-63 / SS 2883. Bildnachweis: HESS. Klicken um zu vergrößern.
Das Binärpaar PSR B-1259-63 / SS 2883 befindet sich etwa 5.000 Lichtjahre entfernt in der allgemeinen Richtung des Sternbilds Crux der südlichen Hemisphäre (das Kreuz des Südens). Das Duo besteht aus einem Pulsar (PSR B-1259) und einem massiven blauen Riesen (SS 2883), die in einem weit schwingenden Tanz eingeschlossen sind, der alle 3,4 Jahre Schritte wiederholt. Die Umlaufbahn des Pulsars des massereicheren Primärteils ist so exzentrisch, dass das Paar bei nächster Annäherung innerhalb von 100 Millionen Kilometern vorbeikommt und sich an seinem äußersten Punkt ungefähr zehnmal so weit voneinander entfernt. Bei der nächsten Annäherung fallen die Signale vom Pulsar erheblich ab, da er vom massiven blauen Riesen verdunkelt wird.
Beobachter, die das 12,5-Meter-Hochenergiestereoskopische System (HESS) verwendeten, zeichneten den Tanz des Paares in mondlosen Nächten von Februar bis April 2004 auf und stellten sie zeitlich fest, als sich der Pulsar näherte und vom nächsten Punkt des Duos zurücktrat. Die Astronomen fanden heraus, dass Radiowellen vom Pulsar mit ultrahoher Gammastrahlung aus der Region übereinstimmten.
Laut Felix Aharonian vom Max-Plank-Institut für Kernphysik, Heidelberg, Deutschland, ermöglicht dieses binäre System die Online-Beobachtung der äußerst komplexen MHD-Prozesse (magnetohydrodynamisch) zur Erzeugung und Beendigung des ultrarelativistischen Pulsarwinds sowie der Teilchen Beschleunigung durch relativistische Stoßwellen durch Untersuchung der spektralen und zeitlichen Eigenschaften der hochenergetischen Gammastrahlung des Systems. In dieser Hinsicht ist das Binärsystem PSR B1259-63 ein einzigartiges Labor zur Erforschung der Physik der Pulsarwinde. “
Der Pulsar wurde erstmals 1992 von einem Team von Astronomen mit dem Parkes-Radioteleskop in Australien entdeckt. Sein Magnetstrahl orientiert sich 20 Mal pro Sekunde an der Erde. Zusätzlich zur Funkemission sendet der Pulsar Röntgenstrahlen - mit verschiedenen Energieniveaus - über seine gesamte Umlaufbahn. Es wird angenommen, dass diese Röntgenstrahlen das Ergebnis von Strahlung sind, die auftritt, wenn das Magnetfeld des Pulsars mit Gasen interagiert, die vom begleitenden blauen Riesen freigesetzt werden.
Der blaue Riese SS 2883 wurde erstmals 1992 als Begleiter des Pulsars entdeckt. Er ist zehnmal so groß wie die Sonnenmasse, hat jedoch hohe Temperaturen und einen schnell brennenden Fusionsmotor. Es dreht sich sehr schnell und stößt sporadisch Material aus seinem Äquator aus. In der Veröffentlichung „Entdeckung des binären Pulsars PSR B-1259-63… mit H.E.S.S.“ heißt es: „Es ist bekannt, dass Be-Sterne nicht-isotrope Sternwinde haben, die eine Äquatorscheibe mit verstärktem Massenabfluss bilden.“
In dem Artikel heißt es weiter: "Timing-Messungen legen nahe, dass die Scheibe in Bezug auf die Orbitalebene geneigt ist ..." Eine solche Orbitalneigung bewirkt, dass der "Pulsar die Scheibe zweimal in der Nähe des Periastrons kreuzt". Und an diesen Kreuzungen werden die Dinge wirklich aufgemotzt, wenn das Magnetfeld des Pulsars mit geladenen Teilchen im umgekehrten Schockbereich des Sternauswurfs zu interagieren beginnt.
Infolgedessen wird dieses System als ‚binäres Kriterium 'bezeichnet, bei dem„ das vom Begleitstern bereitgestellte intensive Photonenfeld nicht nur eine wichtige Rolle bei der Abkühlung relativistischer Elektronen spielt, sondern auch als perfektes Ziel für die Erzeugung von Hoch dient -Energie-Gammastrahlen durch inverse Compton (IC) -Streuung. “ Felix erweitert diesen Begriff mit den Worten: „Der Pulsar ist nicht isoliert, sondern befindet sich in einem binären System in der Nähe eines starken optischen Sterns. In diesem Fall endet der Pulsarwind aufgrund der Wechselwirkung mit dem Sternwind unter hohem Gasdruck innerhalb des binären Systems, wo das Magnetfeld ziemlich hoch ist (ungefähr 1 G, d. H. 10.000 bis 100.000 Mal größer als bei Standard-Plerionen). Aufgrund der Anwesenheit des optischen Sterns erleiden die Elektronen außerdem starke Verluste bei Wechselwirkungen (Compton-Streuung) mit Sternenlicht. Dies macht die Lebensdauer der Elektronen sehr kurz, 1 Stunde oder weniger. Hochenergetische Gammastrahlen können auch durch Wechselwirkungen von Elektronen (und vielleicht auch Protonen) mit dem dichten Gas der Sternscheibe erzeugt werden (auch in relativ kurzen Zeiträumen!). “
Als binäres Kriterium zeigt das Sternensystem eine weitreichende Energiesignatur basierend auf der exzentrischen Umlaufbahn des Pulsars und großen Variationen in der Dichte der zirkumstellaren Materie um SS 2883, mit der es interagiert. In der Nähe des Periastrons endet der „kalte“ Pulsarwind, der mit dem Umgebungsplasma interagiert, mit der Erzeugung einer relativistischen Stoßwelle, die wiederum Partikel auf extrem hohe Energien von 1 TeV oder mehr beschleunigt. Die Wärme in diesen Partikeln wird dann „abgekühlt“, wenn Photonen auf sich schnell bewegende Elektronen und Positronen treffen. Dieser inverse Compton-Streueffekt führt Energie ab, indem er die Photonenfrequenzen wild verstärkt. Einfach gesagt, werden Photonen von energiearmem „sichtbarem Licht“ auf viel höhere Energieniveaus angehoben - einige erreichen den Terra-Elektronen-Volt-Bereich der oberen Gammastrahl- / unteren kosmischen Strahlendomäne.
Während sich der Pulsar vom Sternprimär wegbewegt, trifft er auf immer weniger geladene Teilchen, während die Dichte der Photonen des sichtbaren Lichts vom Zentralstern ebenfalls abnimmt. In diesem Fall wird die Streuung der Photonen verringert und die Synchrotronstrahlung beginnt zu dominieren. Aus diesem Grund dominieren Röntgenstrahlen mit niedrigerer Leistung die Energiesignatur des Systems, wenn sich der Pulsar verlangsamt und vom Stern wegbewegt.
Schließlich gibt es zwei Perioden in der Umlaufbahn der Pulsare, in denen sie die Äquatorialebene der zirkumstellaren Scheibe des blauen Riesen kreuzen. Diese Übergangspunkte können zur Erzeugung zahlreicher übererregter Photonen, Elektronen, Positronen und sogar einiger Protonen führen. Wenn relativistisch beschleunigte Teilchen erzeugt werden, interagieren sie wiederum mit einer Region, die eine Vielzahl anderer Teilchen hervorbringen kann, die in hochenergetische Photonen und andere Teilchen zerfallen können.
Aus dem am 13. Juni 2005 veröffentlichten Artikel geht hervor, dass das theoretische Verständnis dieses komplexen Systems, bei dem Pulsar- und Sternwinde miteinander interagieren, bisher nur begrenzt vorhanden ist, da keine einschränkenden Beobachtungen vorliegen. Dank IACTS (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes) wie H.E.S.S. können Astronomen nun viele neue Nahpunktquellen für hochenergetische Gammastrahlen aus anderen Systemen wie PSR B-1259-63 / SS 2883 auflösen.
Im PSR B-1259-63 / SS 2883-System scheint die Natur Astronomen - und Physikern - ihre eigene Version eines Teilchenbeschleunigers mit super hoher Energie zur Verfügung gestellt zu haben, der dankenswerterweise gut enthalten ist und einen sicheren Abstand zur Erde hat.
Geschrieben von Jeff Barbour
