Ein internationales Forscherteam hat mithilfe des japanisch-amerikanischen Röntgenobservatoriums XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) erstmals direkt beobachtet, wie ein Pulsar Materie aus dem Sternenwind eines Begleitsterns einfängt. Die Beobachtungen liefern neue Einblicke in die Prozesse, die starke Röntgenausbrüche in Doppelsternsystemen antreiben. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Das Doppelsternsystem BP Crucis
Das untersuchte System, BP Crucis, befindet sich etwa 13.000 Lichtjahre von der Erde entfernt im südlichen Sternbild Kreuz. Es handelt sich um ein sogenanntes Hochmassiv-Röntgendoppelsternsystem. Der Hauptstern, Wray 977, ist ein blauer Hyperriese mit der 40-fachen Masse und dem 60-fachen Durchmesser der Sonne. Aufgrund seiner extremen Leuchtkraft verliert er ständig ionisiertes Gas, das als Sternenwind bezeichnet wird.
Der Begleiter von Wray 977 ist ein Neutronenstern namens GX 301-2. Dieser kompakte Himmelskörper, der Überrest einer Supernova, hat eine Masse, die der der Sonne entspricht, ist jedoch nur etwa 20 Kilometer groß. Als Pulsar rotiert er alle 11 Minuten und sendet dabei einen Röntgenstrahl aus, der periodisch die Erde erreicht.
Röntgenausbrüche und Materiefluss
Während seiner 41,5-tägigen Umlaufbahn um den Hyperriesen durchquert der Pulsar zweimal eine besonders dichte Region des Sternenwinds. Dies führt zu starken Röntgenausbrüchen, die jeweils mehrere Tage andauern. Die stärksten Ausbrüche treten auf, wenn der Pulsar näher am Hauptstern ist, wo der Sternenwind dichter ist.
Am 1. Februar 2025 beobachtete das XRISM-Observatorium das System für etwa 16 Stunden gegen Ende eines solchen Ausbruchs. Das Instrument Resolve, das gemeinsam von der NASA und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA entwickelt wurde, lieferte hochauflösende Röntgenspektren. Diese zeigten schnell veränderliche Emissions- und Absorptionslinien, insbesondere von stark ionisiertem Eisen.
Die Analyse der Eisen-Absorptionslinien ergab, dass das Gas mit einer Geschwindigkeit von etwa 540.000 km/h auf den Pulsar zuströmt. Dies wurde durch eine Rotverschiebung der Spektrallinien nachgewiesen, die auf eine Bewegung des Gases in Richtung des Pulsars hinweist.
Die Forscher gehen davon aus, dass der Pulsar beim Durchqueren des Sternenwinds zunächst Gas in eine turbulente Akkretionsscheibe zieht. Diese Materie spiralt dann zum Pulsar hinab, erhitzt sich und emittiert Röntgenstrahlung. Wenn der Pulsar tiefer in den Strom eintaucht, verliert die Scheibe ihren Drehimpuls und löst sich auf, sodass das Plasma direkt auf den Neutronenstern fällt. Gegen Ende des Durchgangs bildet sich kurzzeitig eine neue Akkretionsscheibe, die sich jedoch in entgegengesetzter Richtung dreht.
- Quelle: NASA Pressemitteilung vom 5. Mai 2023
- Quelle: Science Advances, Veröffentlichung vom 5. Mai 2023