Künstlerische Darstellung der Strahlung eines Pulsars
Energiereichster Pulsar, der je entdeckt wurde, erstaunt Forscher
Vela gehört zu den am besten erforschten Pulsaren. Das liegt daran, weil er mit etwa 1.000 Lichtjahren Entfernung auch einer der nächsten zur Erde ist, die jemals entdeckt wurden.
Trotzdem ist es Vela gelungen, Astronom*innen jetzt zu überraschen. Es wurden Gammastrahlen-Photonen mit einer Energie von bis zu 20 Tera-Elektronenvolt (TeV) beobachtet. Das ist laut den Forschenden, die ihre Studie im Nature Astronomy veröffentlicht haben, 200-mal mehr, als sämtliche Strahlung, die bislang von Vela gemessen wurde.
Bisher ist nur ein anderer Pulsar bekannt, der Strahlung im TeV-Bereich abgibt. Dieser ist der Krebspulsar, der etwa 6.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Dieser kommt aber gerade mal auf ein TeV. Vela ist damit der Pulsar, mit der bisher stärksten gemessenen Gammastrahlung.
Was ist ein Pulsar?
Am Ende ihrer Entwicklung haben massereiche Sterne den nuklearen Brennstoff in ihrem Kern verbraucht. Innerhalb von Millisekunden kollabiert der Stern unter seiner eigenen Anziehungskraft. Dabei wird die äußere Hülle in der Form einer Supernova abgesprengt.
Was übrig bleibt, ist ein Neutronenstern. Dieser hat meist einen Durchmesser von 20 bis 24 Kilometer, aber ein bis 2 Sonnenmassen. Ein Teelöffel voll Material eines Neutronensterns würde mehr als 5 Milliarden Tonnen wiegen.
Durch diese hohe Dichte rotieren Neutronensterne sehr schnell. Vela rotiert 11-mal pro Sekunde. Neutronensterne geben Strahlung ab, die durch die Rotation im All verteilt wird. Trifft diese Strahlung auf unser Sonnensystem, sehen wir die Sterne auf der Erde in regelmäßigen Abständen aufblitzen – fast so, wie ein Leuchtturm im Weltraum. Ein Neutronenstern, dessen Strahlung so die Erde erreicht, wird Pulsar genannt.
Bisherige Theorie zur Strahlung
Die Stärke der Gammastrahlung von Vela passt nicht zu den theoretischen Modellen, mit denen diese Strahlungsblitze bisher erklärt wurden. Aktuell ging man davon aus, dass die Strahlung von Elektronen stammt, die vom starken Magnetfeld des Pulsars beschleunigt und abgelenkt werden. Dabei reisen die Elektronen von der Oberfläche des Pulsars zum Rand seiner Magnetosphäre. Das ist das Gebiet um ein astronomisches Objekt, in dem Teilchen durch das Magnetfeld beeinflusst werden.
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Bei der Reise nehmen die Elektronen Energie auf, die als Strahlung freigesetzt wird. Bei Vela hatte man hier bisher nur Gammastrahlung im Giga-Elektronenvolt-Bereich (GeV) gemessen. Beim Erreichen eines bestimmen GeV-Werts endet die Strahlung laut dem Forschungszentrum DESY aber abrupt. Der aktuellen Theorie nach liegt das daran, dass die Elektronen das Ende der Magnetosphäre erreicht haben und in den Tiefen des Alls verschwinden.
Strahlung ist zu stark für die bekannte Theorie
Die jetzt registrierten Gammastrahlen-Photonen mit bis zu 20 TeV stellen diese Theorie aber infrage. Die Elektronen müssten viel schneller beschleunigt werden, als dies durch die Magnetosphäre – zumindest laut der gängigen Theorie – überhaupt möglich ist.
Laut den Forschenden muss deshalb die gängige Theorie überdacht und vermutlich überarbeitet werden. Eine mögliche Erklärung sei, dass die Elektronen zusätzlich beschleunigt werden, weil sich die Struktur des Magnetfelds abrupt ändert, wodurch große Mengen Energie freigesetzt werden. Dieser Effekt wird Rekonnexion genannt und wird bei unserer Sonne für Sonneneruptionen verantwortlich gemacht. Laut den Forschenden wäre die gemessene Strahlung aber selbst für diese Theorie zu hoch.
Diese Entdeckung, die mit dem H.E.S.S.-Observatorium in Namibia gemacht wurde, würde jetzt den Grundstein für weitere Forschungen legen. Da die Forschenden nun wissen, wonach sie suchen müssen, wird man künftig wohl bei mehreren Pulsaren TeV-Strahlung nachweisen, obwohl dies bisher dort nicht für möglich gehalten wurde. Diese Forschungen sollen nicht nur dabei helfen, Neutronensterne besser zu verstehen, sondern auch andere astronomische Objekte mit starken Magnetfeldern.
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