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Astrophysik : Neutronenstern mit heißem Fleck

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Endstadium einer Supernova, die zu einem Schwarzen Loch oder einem Neutronenstern wird Bild: NASA

Einen heißen Fleck, nur so groß wie ein Fußballfeld, hat eine internationale Forschergruppe unter Leitung der Italienerin Caraveo auf einem fast 500 Lichtjahre entfernten Neutronenstern aufgespürt.

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          Einen heißen Fleck, nur so groß wie ein Fußballfeld, hat eine internationale Forschergruppe unter Leitung der Italienerin Patrizia Caraveo auf einem fast 500 Lichtjahre entfernten Neutronenstern aufgespürt. Er hat eine Temperatur von rund zwei Millionen Grad und stammt von positiv geladenen Positronen, die auf seine Oberfläche treffen. Der Neutronenstern mit dem Namen Geminga wurde vor mehr als dreißig Jahren als kosmische Gammastrahlenquelle im Sternbild Zwillinge entdeckt.

          Neutronensterne gelten allgemein als Überreste sogenannter Supernova-Explosionen, mit denen massereiche Sterne ihr normales Sternleben beenden. Wenn die Energieproduktion im Inneren des Sterns nicht mehr ausreicht, die Last des ganzen Sterns zu tragen, stürzt der Kern wie ein Kartenhaus in sich zusammen. Er endet als etwa 20 Kilometer großer Neutronenstern, während die äußere Hülle in einer gewaltigen Druckwelle davongeschleudert wird. Da bei dem Kollaps auch die eingelagerten Magnetfelder komprimiert werden, kann die Feldstärke auf einige hundert Millionen Tesla anwachsen. Der rasch rotierende Neutronenstern wird zu einem effizienten Beschleuniger für geladene Teilchen.

          Aus Helligkeit Größe ableiten

          Vor einem Jahr hatte die Gruppe um Frau Caraveo mit dem europäischen Röntgensatelliten XMM bereits schweifähnliche Strukturen in der Umgebung von Geminga entdeckt und diese als entweichende Materie aus Elektronen oder ihren Antiteilchen, den Positronen, gedeutet. Die entgegengesetzt geladenen Teilchen sollten paarweise aus extrem energiereichen Lichtteilchen entstehen und durch das herumwirbelnde Magnetfeld von Geminga auch in entgegengesetzte Richtungen beschleunigt werden. Während die Elektronen nach außen geschleudert würden, sollte der Positronenstrom auf den Neutronenstern gerichtet sein, so die Vorstellung. Die Positronen würden schließlich auf ein extrem kleines Gebiet der magnetischen Pole niederprasseln und dort die an sich schon mehrere hunderttausend Grad heiße Neutronensternoberfläche weiter aufheizen und so einen extrem heißen Fleck bilden.

          Um der Ursache der Röntgen- und Gammastrahlung von Geminga auf die Spur zu kommen, registrierten die Forscher (darunter auch Giovanni Bignami, der Geminga 1973 entdeckt hatte) nun mit XMM alle ankommenden Röntgenphotonen - insgesamt 76850 - und ordneten sie einzelnen Oberflächenzonen des viermal in der Sekunde rotierenden Neutronensterns zu. Dabei stellten sie fest, daß die energiereichsten Photonen immer dann eintrafen, wenn ein bestimmtes Gebiet in Richtung Erde gedreht und damit "sichtbar" wurde. Die Energie der Photonen aber kann als Maß für die Temperatur der Strahlungsquelle dienen.

          Aus der Energie der Röntgenphotonen bestimmten sie so die Temperatur dieses heißen Flecks und konnten schließlich aus seiner Helligkeit seine Größe ableiten ("Science", Bd. 305, S. 376). Vor allem aber lieferten sie den Nachweis, daß die Entstehung der Röntgen- und Gammastrahlung von Geminga jeweils auf den gleichen physikalischen Prozeß zurückgeht - die Beschleunigung hochenergetischer Teilchen im extremen Magnetfeld eines ausgebrannten Sterns.

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