Hochmagnetisierter taumelnder Stern

… stellt Ursprung sich wiederholender schneller Radiostrahlungsausbrüche in Frage.

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Gregory Desvignes vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn hat mit den Radioteleskopen in Effelsberg und Jodrell Bank den präzedierenden Magnetar XTE J1810-197 – einen hochmagnetisierten und extrem dichten Neutronenstern – kurz nach seiner durch Röntgenstrahlen verstärkten Aktivität und Reaktivierung der Radiostrahlung beobachtet. Diese Präzession wird auf einer Zeitskala von einigen Monaten gedämpft und stellt einige Modelle in Frage, die zur Erklärung des Ursprungs der mysteriösen, sich wiederholenden schnellen Radiostrahlungsausbrüche verwendet werden.

Die beiden Radioteleskope, mit denen die Beobachtungen für die vorliegende Veröffentlichung durchgeführt wurden: 100-m-Radioteleskop Effelsberg (links) und Lovell 76-m-Lovell-Teleskop bei Jodrell Bank (rechts). (c) Norbert Junkes (Radioteleskop Effelsberg); (c) Mike Peel (Lovell Telescope)

Magnetare sind Neutronensterne mit extrem starken und verdrillten Magnetfeldern, Überbleibsel eines Kollapses von massereichen Sternen, denen der Brennstoff ausgegangen ist. Diese Objekte sind so dicht, dass sie die 1 bis 2-fache Masse der Sonne in einer nahezu perfekten Kugel von nur etwa 12 km Radius enthalten. Von den 30 bisher bekannten Magnetaren strahlen nur einige wenige Radiowellen aus, wobei ihr Radiostrahl den Himmel wie ein Leuchtturm überstreicht. Magnetare werden weithin als Quelle für schnelle Radiostrahlungsausbrüche (Fast Radio Bursts, oder FRBs) angesehen, wobei einige Modelle frei präzedierende Magnetare als Ursache für die sich wiederholenden FRBs anführen.

Gemeinsam mit Kollegen vom Jodrell Bank Centre for Astrophysics und dem Kavli Institute for Astronomy & Astrophysics untersuchen Forscher des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) regelmäßig einige dieser Magnetare. Sie entdeckten im Dezember 2018 unerwartet einen Magnetar, XTE J1810-197, der kurz nach dem Beginn einer verstärkten Röntgenemission und nach einer Periode von etwa zehn Jahren, in der keine Radiostrahlung nachweisbar war, wiederum begann, Radioemission auszusenden.

Als die Forscher nach diesem Ereignis eine intensive Beobachtungskampagne starteten, stellten sie sehr systematische Veränderungen in den Eigenschaften des Radiolichts fest, nämlich in der Polarisation, die eine Verschiebung der Ausrichtung des Radiostrahls des Magnetars in Bezug auf die Erde erkennen ließ. Die Forschenden führten dies auf die freie Präzession zurück, einen Effekt, der durch eine leichte Asymmetrie in der Struktur des Magnetars entsteht und ihn wie einen Kreisel zum Wackeln bringt. Zu ihrer Überraschung schwächte sich diese Präzession im Laufe der nächsten Monate rasch ab und verschwand schließlich ganz. Das Verschwinden der Präzession mit der Zeit widerspricht der Annahme vieler Astronomen, die glauben, dass FRBs mit wiederholten Radiostrahlungsausbüchen durch präzedierende Magnetare erklärt werden können.

„Wir hatten erwartet, dass wir einige Abweichungen in der Polarisation der Emission dieses Magnetars sehen würden, da wir dies von anderen Magnetaren her kannten“, erinnert sich Gregory Desvignes vom MPIfR, der Hauptautor der Studie. „Aber wir haben nicht erwartet, dass diese Schwankungen so systematisch sind und genau dem Verhalten folgen, das durch das Taumeln des Sterns verursacht wird.“

Patrick Weltevrede von der Universität Manchester fügt hinzu: „Unsere Ergebnisse waren nur möglich, weil wir diesen Magnetar über viele Jahre hinweg mit den Radioteleskopen in Jodrell Bank und Effelsberg beobachtet haben. Wir mussten über ein Jahrzehnt warten, bis er anfing, Radiostrahlung zu erzeugen, aber als er es dann tat, enttäuschte er uns nicht.“

„Die gedämpfte Präzession von Magnetaren könnte Aufschluss über die innere Struktur von Neutronensternen geben, was letztlich mit unserem grundlegenden Verständnis der Materie zusammenhängt“, sagt Lijing Shao von der Universität Peking.

„Die Radioastronomie ist wirklich faszinierend! Das Rätsel um den Ursprung der FRBs besteht nach wie vor. Aber faszinierende Objekte wie Magnetare auf frischer Tat zu ertappen, um mehr über FRBs zu erfahren, unterstreicht die Fähigkeiten unserer Einrichtungen.“, schließt Michael Kramer, Direktor am MPIfR und Leiter der Forschungsanbteilung „Radioastronomische Fundamentalphysik.

Hintergrundinformation:

Die Autoren der Originalveröffentlichung in Nature Astronomy sind Gregory Desvignes, Patrick Weltevrede, Yong Gao, Ian Jones, Michael Kramer, Manisha Caleb, Ramesh Karuppusamy, Lina Levin, Kuo Liu, Andrew Lyne, Lijing Shao und Ben Stappers. Dabei sind Gregory Desvignes, der Erstautor, sowie Michael Kramer, Ramesh Karuppusamy und Kuo Liu am MPIfR tätig.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Gregory Desvignes
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +33 1 4507-7101
E-mail: desvignes@mpifr-bonn.mpg.de

Prof. Dr. Michael Kramer
Leiter der Forschungsabteilung „Radioastronomische Fundamentalphysik“
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 228 525-278
E-mail: mkramer@mpifr-bonn.mpg.de

Originalpublikation:

Gregory Desvignes et al.: A freely precessing magnetar following an X-ray outburst, in: Nature Astronomy, 8 April 2024

https://www.nature.com/articles/s41550-024-02226-7

Weitere Informationen:

https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2024/7