Illustration einer Black Widow-Binärdatei. (Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images) Seit mehr als zwei Jahrzehnten , haben Astronomen systematisch mysteriöse Quellen hochenergetischer Gammastrahlung bis zu ihren Quellen zurückverfolgt.
Eines blieb jedoch hartnäckig – die hellste, nicht identifizierte Gammastrahlenquelle in der Milchstraße. Es schien aus einem 2.740 Lichtjahre entfernten Doppelsternsystem zu kommen, aber nur einer der Sterne konnte gefunden werden.
Jetzt haben Astronomen das Rätsel gelöst und diesen zweiten Stern lokalisiert, indem sie Gammastrahlendaten durchsucht haben, die zwischen 2008 und 2018 gewonnen wurden. Zusammen bilden die beiden Sterne eines der seltsamsten Doppelsternsysteme, die wir je gesehen haben.
„Das Doppelsternsystem und das Neutronenstern in seinem Herzen, jetzt bekannt als PSR J1653-0158, stellte neue Rekorde auf“, said astronomer Lars Nieder des Albert-Einstein-Instituts Hannover in Deutschland.
„Wir haben den galaktischen Tanz eines Superschwergewichts mit einem Fliegengewicht entdeckt: Mit etwas mehr als der doppelten Masse unserer Sonne ist der Neutronenstern außerordentlich schwer.“ Sein Begleiter hat etwa die sechsfache Dichte von Blei, aber nur etwa 1 Prozent der Masse unserer Sonne.
„Dieses ‚ungerade Paar‘ umkreist alle 75 Minuten, schneller als alle bekannten vergleichbaren Doppelsterne.“
Seit mindestens 2009 geht man davon aus, dass die vom System erfasste Gammastrahlung von einem Gammastrahl erzeugt werden muss Drücken Sie . Dann, im Jahr 2014, brachten Röntgen- und optische Beobachtungen der Quelle der Gammastrahlen einen veränderlichen Stern mit einer Periode von 75 Minuten zutage.
Dies war der winzige Begleitstern, und Astronomen gingen davon aus, dass es sich um einen Zeitraum von 75 Minuten handelte im Einklang mit einer Umlaufzeit mit dem zweites Sternwesen die Quelle der Gammastrahlen.
„Aber alle Suchen nach dem Neutronenstern darin waren bislang vergeblich“, sagte der Astronom Colin Clark vom Jodrell Bank Centre for Astrophysics an der University of Manchester im Vereinigten Königreich.
Der zweite Stern galt als Pulsar. Dabei handelt es sich um eine Art schnell rotierender Neutronenstern, der bei seiner Drehung Strahlung von seinen Polen ausstrahlt. Diese Strahlen ähneln ein wenig einem Leuchtturm und blinken (oder pulsieren) im Rhythmus der Rotation des Sterns am Beobachter vorbei. Radio Pulsare sind häufiger, aber auch Gammastrahlenpulsare sind bekannt.
Um die Anwesenheit des zweiten Sterns zu bestätigen, müssten Sie die Pulsationen im Takt seiner Rotation finden. Also gab sich das Team viel Mühe. Sie verarbeiteten die Gammastrahlendaten eines Jahrzehnts, die vom Large Area Telescope (LAT) an Bord des Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskops der NASA gesammelt wurden, und nutzten dabei Rechenleistung, die von Zehntausenden Mitgliedern des Citizen-Science-Programms gespendet wurde [email geschützt] .
In nur zwei Wochen fanden sie ihren Pulsar.
Es ist ein bisschen seltsam. Der Pulsar rotiert extrem schnell, mehr als 500 Mal pro Sekunde. Millisekundenpulsare rotieren tatsächlich extrem schnell; das ist es, was den „Millisekunden“-Teil ihres Namens ausmacht. Aber PSR J1653-0158 weist eine der höchsten Rotationsraten auf, die jemals bei Pulsaren beobachtet wurden.
Darüber hinaus verfügt der Stern über ein extrem schwaches Magnetfeld. Es liegt unter den drei niedrigsten jemals gemessenen Pulsarmagnetfeldstärken.
Der Begleiter ist auch ziemlich seltsam, da er eine unglaublich geringe Masse hat. Das Team geht davon aus, dass es sich um einen Helium-Weißen Zwerg handelt, der vom Pulsar ausgeschlachtet wurde und einen Überrest zurücklässt. Diese Art von System ist als „Black Widow“-Binärsystem bekannt.
„Der Überrest eines Zwergsterns umkreist den Pulsar in nur 75 Minuten mit einer Geschwindigkeit von mehr als 700 Kilometern pro Sekunde (435 Meilen pro Sekunde) in nur 1,3-facher Entfernung zur Erde-Mond-Entfernung.“ Nieder said .
„Dieses ungewöhnliche Duo könnte aus einem extrem nahen Doppelsternsystem entstanden sein, in dem Materie ursprünglich vom Begleitstern auf den Neutronenstern floss, seine Masse vergrößerte und ihn immer schneller rotieren ließ, während gleichzeitig sein Magnetfeld gedämpft wurde.“
(Knispel/Clark/Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik/NASA)
Über: Visualisierung des Systems (unten) im Vergleich zur Erde und der Mond (Spitze).
Diese Hypothese wird durch die Suche des Teams nach Radiowellen gestützt. Wenn der Pulsar welche aussendet, können wir sie nicht entdecken; Dies könnte daran liegen, dass das System von einer dichten Wolke aus Material des ausgeschlachteten Zwergsterns umgeben ist. Gammastrahlung könnte diese Wolke durchdringen, Radiowellen jedoch nicht.
In jedem Fall ist PSR J1653-0158 nur das Sekunden-Millisekunden-Pulsar festgestellt, dass es keine erkennbaren Radiowellen aussendet.
„In Doppelsternsystemen wie dem, das wir jetzt entdeckt haben, werden Pulsare als ‚Schwarze Witwen‘ bezeichnet, weil sie, wie die gleichnamigen Spinnen, sozusagen ihre Partner fressen.“ sagte Clark .
„Der Pulsar verdampft seinen Begleiter mit seiner Strahlung und einem Teilchenwind und füllt das Sternensystem mit Plasma, das für Radiowellen undurchdringlich ist.“
Dass wir das System so eigenartig finden, liegt möglicherweise an den Einschränkungen der Technologie. Mit Werkzeugen wie [email geschützt] , das im Wesentlichen ungenutzte Rechenzeit nutzt, um Supercomputing-Fähigkeiten bereitzustellen, stehen wir möglicherweise an der Schwelle einer neuen Ära der Pulsarentdeckung.
„Im Katalog der vom Fermi-Satelliten gefundenen Gammastrahlenquellen gibt es Dutzende weitere, von denen ich wetten würde, dass sie binäre Pulsare enthalten.“ sagte der Astronom Bruce Allen des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Hannover und Direktor und Gründer von [email geschützt]
„Aber bisher konnte niemand das charakteristische Pulsieren ihrer Gammastrahlen feststellen. Mit [email geschützt] „Wir hoffen, genau das zu schaffen – wer weiß, welche weiteren Überraschungen uns noch erwarten.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe .