Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Überraschende Blitze geben Rätsel auf

25.09.2008
Max-Planck-Forscher beobachten Strahlungsausbrüche eines möglichen Magnetars, die die Grenzen etablierter Theorien aufzeigen

Mithilfe des Hochgeschwindigkeits-Photometers OPTIMA hat ein Team von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik in Garching möglicherweise eine unerwartete neue Unterart astronomischer Objekte entdeckt. Dabei scheint es sich um einen Magnetar zu handeln, der Strahlungsausbrüche im optischen Spektrum aufweist. Diese Neutronensterne mit besonders starkem Magnetfeld zeichnen sich gewöhnlich durch Röntgen- und Gammablitze aus (Nature, 25. September 2008).


Künstlerische Darstellung des Magnetars
Bild: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik

Als die Forscher um Alexander Stefanescu eine Nachricht vom NASA-Satelliten Swift über einen Ausbruch hochenergetischer Strahlung erhielten, stellten sie schnell fest, dass es sich dabei nicht um einen gewöhnlichen Gammablitz handeln konnte. Die Wissenschaftler beobachteten plötzliche, helle Blitze anstatt der zu erwartenden langsamen Helligkeitsabnahme. Diese Beobachtungen wurden immer rätselhafter. Denn in der darauf folgenden Nacht war die Aktivität noch immer nicht abgeklungen, sondern stattdessen auf ein Vielfaches angestiegen. Erst einige Nächte darauf erloschen die Blitze.

Objekt innerhalb unserer Galaxis

Die Max-Planck-Forscher untersuchten die Strahlung genauer, die das unbekannte Objekt während eines Röntgenausbruchs ausgesandt hatte. Sie fanden heraus, dass ein Teil der Röntgenstrahlung auf dem Weg vom Objekt zur Erde von Wasserstoffgas absorbiert wurde. Nach einer Vermessung der Gasmassen entlang der Sichtlinie zum Objekt stand fest: Das Objekt befand sich mit großer Wahrscheinlichkeit innerhalb unserer Galaxis. Somit konnte es sich nicht um einen normalen Gammablitz (englisch: Gamma Ray Burster, GRB) handeln. Denn diese treten nicht in unserer "näheren Nachbarschaft", sondern in weit entfernten Galaxien auf.

Hundertmal heller als Sonne

Erst mit dem Hochgeschwindigkeits-Photometer OPTIMA des Max-Planck-Institutes, und dem 1.3 Meter Teleskop der Skinakas Sternwarte (einem Gemeinschaftsprojekt der Universität von Kreta, der Foundation for Research and Technology - Hellas und des MPE), kamen die Wissenschaftler dem Rätsel auf die Spur. OPTIMA ist das einzige Instrument weltweit, das eine hohe Zeitauflösung mit der Fähigkeit kombiniert, auf unerwartete Ereignisse zu reagieren. Detektoren zeichnen die Ankunftszeit jedes einzelnen Photons auf - mit vier Millionstel Sekunden Genauigkeit. Somit kann im Detail verfolgt werden, wie sich die Helligkeit eines Objektes verändert.

Im Hochenergie-Bereich ist es durchaus üblich, jedes einzelne Photon zu beobachten, aber OPTIMA ist eines der wenigen Instrumente, die über eine solch hohe Zeitauflösung im optischen Bereich verfügen. Dies ermöglichte es den Wissenschaftlern, die hohe Variabilität in der Helligkeit des Objekts zu untersuchen. Dies half entscheidend dabei, die anfängliche Hypothese, dass es sich hier um einen Gammablitz handle, definitiv auszuschließen.

Das unbekannte Objekt stellte sich bei der Untersuchung mit diesem Instrument nämlich als zehnmal kleiner als die Sonne heraus - aber zugleich als fast hundertmal so hell. Geht man von herkömmlicher Wärmestrahlung aus, wie sie beispielsweise die Sonne ausstrahlt, wären hierzu außerordentlich hohe Temperaturen nötig. "Dann wäre aber nicht erklärbar, wie sich ein solch großes Objekt derart schnell aufheizen und gleich wieder abkühlen kann. " sagt Alexander Stefanescu. "Es konnte sich daher nur um einen nicht-thermischen Prozess handeln." Die Max-Planck-Forscher schlossen aus diesen Beobachtungen, dass das Licht nicht durch Erhitzung eines Mediums wie in einer Glühbirne oder einer Kerze erzeugt wird, sondern zum Beispiel durch Teilchen in einem Magnetfeld.

Neutronenstern mit starkem Magnetfeld

Die lang anhaltende Aussendung heller, kurzer Blitze erinnerte die Forscher zudem an die im Hochenergiebereich beobachtbaren, nicht-thermischen Ausbrüche von so genannten wiederkehrenden, weichen Gammaquellen (engl. Soft Gamma Repeater, SGR). Die Vermutung der Wissenschaftler: Bei dem beobachteten Objekt handelt es sich um die gleiche Art Objekt wie ein SGR, einen Magnetar. Darunter verstehen Wissenschaftler einen speziellen Typus von Neutronensternen mit besonders starkem Magnetfeld. Ein weiteres, unabhängiges Nature-Paper von Alberto Castro-Tirado (Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, IAA-CSIC, Granada) über Breitband-Beobachtungen dieser Quelle stützt diese Hypothese.

Neutronensterne entstehen beim Kollaps eines Sterns einer bestimmten Gewichtsklasse im Rahmen einer Supernova. Wenn ein neugeborener Neutronenstern sehr schnell rotiert, kann sein Magnetfeld um den Faktor 1000 verstärkt werden und das resultierende Feld bis zu 100 Gigatesla erreichen - ungefähr eine Milliarde Mal stärker als die stärksten Felder, die auf der Erde im Labor erzeugt werden können. Solch ein Magnetfeld ist derart stark, dass in seiner Nähe Atome zu dünnen Nadeln langgezogen werden. Kreditkarten könnten hierdurch beispielsweise selbst aus der Entfernung des Mondes gelöscht werden.

Die Änderung der Magnetfeldkonfiguration im Inneren des Magnetars in den ersten 10.000 Jahren seiner Existenz übt so starke Kräfte auf seine Kruste aus, dass sich diese aufheizt und gelegentlich brechen kann. Dabei werden eben jene Ausbrüche hochenergetischer Strahlung erzeugt, deren Eigenschaften den optischen Ausbrüchen des von Swift entdeckten Objekts ähneln.

Keine passenden Theorien

Was aber lässt die Strahlungsausbrüche des mutmaßlichen Magnetars im Optischen anstatt im Gamma-Licht leuchten? Eine mögliche Theorie ist, dass hoch geladene Ionen aus der Oberfläche des Magnetars gelöst werden und entlang der Feldlinien wandern. Da die Ionen sehr viel schwerer sind als Elektronen, kreisen sie deutlich langsamer um die Feldlinien und emittieren dadurch elektromagnetische Strahlung viel niedrigerer Energie.

Die meisten Beobachtungen von Magnetaren sind bisher jedoch in den hohen Energiebereichen erfolgt. "Uns sind 15 weitere Magnetare bekannt, aber bislang wurden keine optischen Ausbrüche bei ihnen beobachtet", so Stefanescu. "Entsprechend fanden auch die Hauptanstrengungen der Theoretiker im Bereich Hochenergie statt. Deshalb haben wir keine passende Theorie zur Verfügung, mit der wir unsere Beobachtungen vergleichen können" so der Max-Planck-Forscher. Die Wissenschaftler wollen nun die Konsequenzen der etablierten Theorien für diese optische Emission untersuchen.

Dr. Christina Beck | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau
17.11.2017 | Universität Ulm

nachricht Zwei verdächtigte Sterne unschuldig an mysteriösem Antiteilchen-Überschuss
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte