Neutronensterne, Pulsare, Magnetare

Hallo zusammen,

die von Jerry gepostete Meldung ist ja mal interessant...
Das National Radio Astronomy Observatory hat dazu noch einige Informationen bekannt gegeben. Durch die Entdeckung des Doppelsternsystems J1023 in ca. 4000 Lichtjahren Entfernung kann vermutlich die enorm hohe Rotationsgeschwindigkeit einiger Pulsare erklärt werden. Pulsare sind ein mögliches Endprodukt eines Sternenlebens, auch bekannt als Neutronensterne. Aufgrund großer Magnetfelder werden die ausgesendeten Radiosignale in engen Strahlen gebündelt. Aufgrund der Eigenrotation erscheinen Neutronensterne für einen festen Beobachter daher wie ein Leuchtturm in den Weiten des Alls. Überlicherweise rotieren Pulsare einige Male pro Sekunde, einige wenige haben auch Umdrehungsdauern von einigen Sekunden.

Im System J1023 wurde nun ein Millisekunden-Pulsar mit einer Umlaufzeit von einigen Millisekunden entdeckt. Die hohe Drehgeschwindigkeit wird vermutlich nun dann erreicht, so vermuten Astronomen der McGill-University in Montreal, wenn sich der Neutronenstern in einem Doppelsternsystem befindet, in dem Material vom Systempartner auf den Neutronenstern übergeht und diesen so beschleunigt. Das Material sammelt sich zunächst in einer Akkretionsscheibe um den Pulsar. Solange diese Scheibe besteht, sollte man im Radiobereich keine Signale registrieren können, so die Theorie. Erst wieder, wenn die Scheibe nicht mehr besteht, also kein Material mehr auf den Neutronenstern fällt, sind die Radiosignale wieder detektierbar.

Diese Verhalten soll nun an J1023 im Jahre 2007 bei einer Himmelsdurchmusterung am Green-Bank-Radioteleskop (GBT) festgestellt worden sein. Bei J1023 handelt es sich um einen wie oben beschriebenen Millisekunden-Pulsar, der erstmals 1998 mit dem Very Large Array beobachtet wurde. Nach abermaliger Untersuchung 2 Jahre später (2000) fand man eine Akkretionsscheibe um den Neutronenstern, die wiederum 2 Jahre später (2005) verschwunden war. 2007 dann zeigten Beobachtungen am GBT, dass es sich bei J1023 wirklich um einen Millisekunden-Pulsar handelt, mit 592 Umdrehungen pro Sekunde.

Inzwischen ist J1023 von verschiedenen Radioteleskopen untersucht worden. Sein Begleiter schein ein sonnenähnlicher Stern zu sein, der etwas die Hälfte der Sonnenmasse besitzt und den Neutronenstern in etwas weniger als 5 Stunden umrundet. Laut einer Mitteilung vom National Radio Astronomy Observatory ist J1023 genau das passende Verbindungsstück zwischen LMXB und Pulsar. Ein LMXB ist ein Low-mass X.Ray Binaires-System, ein Röntgendoppelstern mit niedriger Masse, die auch schnell rotierende Neutronensterne enthalten, die jedoch keine Radiostrahlung emittieren.
In den nächsten Wochen sollen weitere Beobachtungen des Systems dessen Geheimnisse entlocken und das anscheinend einmalige kosmische Laboratorium studieren.

Quelle: National Radio Astronomy Observatory

Hat jemand von euch eine Ahnung, in welcher Größenordung sich die Magentfelder befinden, welche die Radiostrahlen bündeln, sodass der "Leuchtturmeffekt" auftritt?

Ich bin gespannt, welche neuen Erkenntnisse die weiteren Beobachten bringen werden...

Grüße,
Olli

Hat jemand von euch eine Ahnung, in welcher Größenordung sich die Magentfelder befinden, welche die Radiostrahlen bündeln, sodass der "Leuchtturmeffekt" auftritt?

Hallo Olli,

die magnetische Flussdichte oder Feldstärke für das Magnetfeld eines Pulsars bewegt sich im Bereich von 10¹²-10¹³ Gauss oder in SI-Einheiten ausgedrückt 10⁸ bis 10⁹ Tesla.

Die Flussdichte kann in Magnetaren sogar noch um Größenordnungen höher werden, bis hin zu 10¹³ T. Allerdings muss man da unterscheiden zwischen Magnetfeldern in und außerhalb des Objekts. Im Inneren werden höhere Flussdichten erreicht.

10¹³ muss man sich auf der Zunge zergehen lassen: 10 Billionen Tesla!

Zum Vegleich:

Erdmagnetfeld in Deutschland: 0,0005 Tesla
Durchschnittlicher Sonnenfleck: 0,25 T
Kernspintomograph: bis 3 T
Stärkste im Labor erzeugte Flussdichte: 45 T
Für einige Picosekunden im Labor erzeugte Flussdichte: 34.000 T

Gruß,
Timo

Quelle der Vergleichsbeispiele: http://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_(Einheit)

Im August 2008 erreichte die Strahlung eines Magnetar-Outbursts die Erde. Quelle war der bis dahin unbekannte Magnetar SGR 0501+4516, dessen Entfernung auf rund 15.000 Lichtjahre geschätzt wird.

Das Ereignis löste durch einen automatischen Sensor einen Beobachtungsalarm auf dem Gamma-Weltraumteleskop SWIFT der NASA aus. Zwölf Stunden später wurde das Röntgen-Weltraumteleskop XMM-Newton der ESA auf den Magnetar ausgerichtet. Nach weiteren 5 Tagen detektierte das Gamma-Weltraumteleskop INTEGRAL, ebenfalls ESA, eine 10 Tage währende Strahlungsspitze im harten Röntgenbereich, jenseits des Beobachtungsspektrum XMM-Newtons - etwas was nie zuvor beobachtet wurde.

Der gesamte Ausbruch dauerte etwas mehr als 4 Monate und war immer wieder von kleineren Ausbrüchen begleitet. Während solch eines Ausbruchs erreicht laut ESA trotz der gewaltigen Entfernung etwa soviel Energie die Erde, wie bei einer Sonneneruption.

Produziert werden diese Magnetar-Ausbrüche durch Rekonfigurationsprozesse des extremen Magnetfelds des Objekts. Zur Größenordnung der Magnetfelder siehe den Post oben. Während dieser Refkonfigurationen wird Materie aus dem Inneren des Magnetars an die Oberfläche befördert und vulkanartig freigesetzt. Man beachte: Es handelt sich um einen Neutronenstern, also um exotische Materie mit extremer Dichte!

Die ausgestoßene Materie beeinflusst ihrerseits wieder das Magnetfeld, was zu erneuter Energiefreisetzung führt. Dies war es wahrscheinlich, was zu dem Röntgen-Transienten führte, den INTEGRAL beobachtete.

SGR 0501+4516 ist erst der fünfzehnte Magnetar, der bisher entdeckt wurde. Es handelt sich um einen Soft-Gamma ray Repeater (SGR), den 6. entdeckten. Die anderen 9 bekannten Magnetare in unserer Galaxie sind so genannte Anomalous X-Ray Pulsars (AXPs).

Anmerkung: Ich wollte eigentlich zu den Wikipedia-Seiten zu SGRs und AXPs verlinken, weil ich nicht davon ausgehe, dass es sich bei diesen Begriffen um Allgemeinwissen handelt, und musste mit Erschrecken feststellen, dass es zu beiden keine deutschen Wiki-Artikel gibt. Ist das nicht traurig?

Also, wenn jemand von euch bei Wikipedia unterwegs ist...

http://www.esa.int/esaSC/SEMLEDQORVF_index_0.html

Moin,


Bild: University of Sydney Molonglo Observatory Synthesis Telescope / Supernova-Überrest *SNR G315.9-0.0*, eine kreisförmige Schale mit einem geraden Griff. Der Neutronenstern war im Zentrum der Pfanne geboren und zieht jetzt mit mehr als 300 Km/s durch das interstellare Medium und dreht sich dabei 16 Mal/s um die eigene Achse.


Bild: University of Sydney Molonglo Observatory Synthesis Telescope / An der Spitze des Pfannenstils ist PSR J1437-5959, der alle 61 Millisekunden eine eng gebündelte Radiostrahlung abstrahlt die bei jeder Umdrehung des Pulsars die Erde streift.

Hier der Preprint: Out of the frying pan: a young pulsar with a long radio trail emerging from SNR G315.9-0.0  



Jerry

Moin,

es gibt noch andere Pulsare mit Griff.


Diese Bilder sind Teil einer Serie von 13 Bildern über einen Zeitraum von zweieinhalb Jahren.
Bild: NASA / CXC / PSU / G.Pavlov et al.

Der *Vela-Pulsar*, Sternbild Segel des Schiffs, ~ 1.000 Lj. ist ein Überrest einer Supernova von vor 11.000 Jahren. Seine Rotationsdauer beträgt 89 ms bei einer Zunahme von 10,7 ns pro Tag. Der Jet wird ein halbes Lichtjahr lang.

Auf der Chandra-Seite gibt es einen kurzen, aber interessanten Film über die Bewegungen des Jets  >>> Chandra X-ray Movie of Vela Pulsar Jet

Jerry

Nach dem NASA´s FERMI-Teleskop ein Jahr erfolgreiche Arbeit aufzeigen kann, veröffentlichte NASA diese Aufnahme eines Pulsars:
http://www.nasa.gov/mov/365530main_Vela_Pulsar_in_Gamma_Rays_640x360_ipod.mov
Mehr darüber auch hier: http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/main/index.html#at

Wahnsinn!   

Das sind wirklich tolle Aufnahmen von Fermi - hätte nicht gedacht, dass man das "Blitzen" eines Pulsars so gut darstellen kann, vor allem im Gammaspektrum! Die bläulichen Lichtblitze im Video repräsentieren laut NASA Gammastrahlung im GeV-Bereich, milliardenmal energiereicher als sichtbares Licht.

Moin,

in Chandra Images by Date: 2009 ist jetzt eine Aufnahme (6 pointings from Sept 13 - Oct 20, 2006
Observation Time: 142 hours) von der SN G292.0+1.8 zu sehen.


Bild: NASA / CXC / Penn State / S.Park et al.

G292.0+1.8 ist ~ 20.000 Lj von der Erde entfernt. Das Bild zeigt ein sich schnell ausdehnendes stellares Trümmerfeld, das außer Sauerstoff auch noch Elemente wie Neon und Silizium enthält. Alle diese Elemente entstanden durch Fusionsprozesse im Inneren des Sterns bevor dieser vor etwas 1.000 Jahren zur SN wurde.

Der vom Zentrum leicht versetzte Pulsar ist von der Explosion übriggeblieben. Astronomen meinen, dass der Pulsar eigentlich im Zentrum der SN  entstanden ist, das könnte seine jetzige Position durch einen Rückstoßeffekt aufgrund der unsymmetrischen Explosion erklären. Der Pulsar ist von einer undurchsichtigen Wolke aus Staubpartikeln umgeben. Es ist aber ein nach unten verlaufender Jet zu sehen, der vermutlich parallel zur Drehachse des Pulsars verläuft.

Unter More Images / Animation & Videoine ist auf der Chandra-Seite eine kurze Animation zu sehen (rechte Leiste)
>>>

Jerry

Mit dem FLAMES-Spektrographen des VLT wurde der Sternhaufen Westerlund 1 ins Visier genommen. Dabei hat man einen Magnetar gefunden, den es eigentlich nicht geben dürfte. Es lässt sich nämlich anhand des Alters des Sternhaufens nachweisen, dass der Vorläuferstern dieses Magnetars mindestens 40 Sonnenmassen gehabt haben muss. Nach klassischer Theorie sollte ein Stern ab 25 Sonnenmassen aber zu einem schwarzen Loch kollabieren. Jetzt sucht man nach einer Theorie, die einen Massenverlust dieses Sterns vor der Supernova beschreibt, die den Stern unter die 25 Sonnenmassen-Grenze gebracht hat, die für die Grenze zwischen Neutronensternen/Schwarzen Löchern angenommen wird. Möglich ist, das in einem Doppelsternsystem dem Magnetar-Vorläufer so viel Masse entzogen wurde.

Quelle:  ESO

mfg websquid

Astronomen haben mit dem Robert C Byrd Green Bank Telescope (GBT), einem Radioteleskop mit einer 110 m x 100 m Radioschüssel in Pocahontas County in West Virginia, den bisher massereichsten Neutronenstern entdeckt.

Der Pulsar bringt es laut den Messungen auf zwei Sonnenmassen. PSR J1614-2230, so die Designation des Pulsars, rotiert 317 mal in der Sekunde und befindet sich ca. 3000 Lichtjahre entfernt. Ermöglicht wurde die Massebestimmung durch die Anwesenheit eines Weißen Zwergen, der zusammen mit dem Pulsar ein Binärsystem bildet. Glücklicherweise ist die Bahnebene des Systems so ausgerichtet, dass der Weiße Zwerg den Pulsar gelegentlich verdeckt. Da die Strahlung des Pulsars ebenfalls in unsere Richtung gesendet wird, ließ sich auf Grund des Shapiro-Effekts die Masse des Weißen Zwergen bestimmen. Aus dieser lässt sich mit Kepler (hier: der Astronom, nicht die Sonde ) wiederum die Masse des Neutronensterns bestimmen.

Dass es so schwere Neutronensterne gibt, bedeutet für die Modelle, mit denen das Innere eines Neutronensterns verstanden werden soll, einige Einschränkungen. Auch untermauert die Entdeckung die These, dass Kollisionen von massereichen Neutronensternen für extrem kurze Gamma-ray Bursts (GRBs) verantwortlich seien.

Quelle (mit erklärenden Videos): http://www.nrao.edu/pr/2010/bigns/

Hallo
Ich habe mal zwei Fragen zu Soft Gamma Repeatern(SGR) und anormalen Röntgenpulsaren(AXP)
Haben Diese auch Radiojets an den Polen?
Wie bei normalen Radiopulsaren?
Und rotieren AXPs und SGR schneller oder langsamer als normale Pulsare?

LG René

1. Haben Diese auch Radiojets an den Polen?

2. Und rotieren AXPs und SGR schneller oder langsamer als normale Pulsare?

1. Wahrscheinlich schon. Allerdings hat man noch keinen Magnetar (AXPs und SGRs sind wahrscheinlich Magnetare) gefunden, von dem periodische Radiostrahlung ausgeht. Das ist aber auch nicht weiter verwunderlich, da man bisher nur sehr wenige Magnetare (weniger als zwei Dutzend) kennt und die Wahrscheinlichkeit daher recht gering ist, dass ein Radiostrahl genau in unsere Richtung leuchtet. Dies wird noch unwahrscheinlicher, da:

2. Magnetare, soweit bekannt, langsamer als Pulsare rotieren (obwohl es einen Überschneidungsbereich gibt). Je länger die Rotationsperiode, desto schmaler wird der Radiokegel.

Hallo Kreuzberga

Je länger die Rotationsperiode, desto schmaler wird der Radiokegel.

Hast du dazu einen Link oder Artikel.
Ich hätte genau das Gegenteil erwartet.
also je kürzer die Periode desto schmaler der Radiokegel.

Gruß

Ja, aber nur auf Englisch.   (S. 34)

Warum es diese inverse Beziehung zwischen Rotationsperiode und Strahlbreite gibt, kann ich dir leider nicht erklären. Kann da wer helfen?

Könnte es sein, dass aufgrund der höheren Rotationsperiode der Raumbereich, der vom Strahl überstrichen wird pro Zeiteinheit einfach kleiner ist?

Das würde es für uns so aussehen, als wäre der Jet schmaler.

Oder ist das zu einfach gedacht?

Hm, wieso sollte der überstrichene Raumbereich pro Zeiteinheit kleiner sein, je höher die Rotationsperiode ist?

Außerdem: Es scheint wirklich eine Veränderung der inneren geometrischen Struktur des Strahls zu geben, je schneller der Pulsar rotiert. Bei langsamen Pulsaren scheinen wir nur den Kernstrahl abzubekommen. Bei schnellen Pulsaren bildet sich um diesen Kernstrahl eine Randzone, womit die Strahlbreite insgesamt größer wird - und die Radioemissionen komplexer.

Ich vermute, dass bei sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten die magnetischen Feldlinien dermaßen verzerrt werden, dass sich kein so schön einheitlicher Strahl mehr herausbilden kann.

Hm, wieso sollte der überstrichene Raumbereich pro Zeiteinheit kleiner sein, je höher die Rotationsperiode ist?

Stimmt, der Gedanke war blödsinn Habe mir kurz vorgestellt, was beim Rotieren mit dem Strahl passiert und kam irrtümlich auf diesen Gedanken - ein bisschen absurd ist er...

Ich vermute, dass bei sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten die magnetischen Feldlinien dermaßen verzerrt werden, dass sich kein so schön einheitlicher Strahl mehr herausbilden kann.

Vielleicht taucht der Pulsar bei einer derartige schnellen Rotation unter den Magnetfeldlinien hindurch, wobei es zu der Verzerrung kommt. Dabei könnten die Feldlinien auch abreißen und durch Rekonnektion die Magnetfeldstruktur ändern.... mhhh...

Hallo Kreuzberga
In deinem Link steht nichts davon. 

Je länger die Rotationsperiode, desto schmaler wird der Radiokegel

Da ist nur das Pulsar HRD abgebildet.
Dort kann man entnehmen.
Je länger die Rotationsperiode dauert, desto länger dauert auch der Puls der uns erreicht.
Was eigendlich auch zu erwarten ist, weil der Radiokegel länger braucht um an uns vorüberzuziehen.
Ach und dass bei SGR und AXP keine Radiopulse beobachtet wurden habe ich auch gefunden.
Habe ich auch schon so vermutet.

LG René

René, wenn du nach Quellen fragst, lies sie dir doch auch durch. Ich bezog mich was die Strahlbreite angeht auf:

Long-period pulsars tend to
have narrower beams (<1 deg), effectively reducing the chances that their beams will cross our line-of-sight.

Wie gesagt, Seite 34. Warum das so ist, darüber haben Olli und ich hier spekuliert.

Sorry ich hatte die Seitenangabe nicht gesehen und deshalb den ganzen Text lesen müssen.
Dabei habe ich wohl den einen Satz überlesen.
Danke für deine Mühe

Gruß René

Vielleicht taucht der Pulsar bei einer derartige schnellen Rotation unter den Magnetfeldlinien hindurch, wobei es zu der Verzerrung kommt. Dabei könnten die Feldlinien auch abreißen und durch Rekonnektion die Magnetfeldstruktur ändern.... mhhh...

Hallo Olli,

was meinst du genau mit "unter den Feldlinien hindurchtauchen"? Die Radioemissionen entstehen ja in der Region, wo die Feldlinien an den Polen in den Neutronenstern eindringen und zwar im Fall von Radiopulsaren kontinuierlich. Durch diese kontinuierliche Abstrahlung glaube ich nicht so richtig an Rekonnektionsereignisse. Wir haben es hier ja mit Synchtrotronstrahlung zu tun, die entsteht, wenn das rotierende Magnetfeld durch umliegendes ionisiertes Gas streicht. Dabei folgt die Richtung der Radioabstrahlung der Richtung der Feldlinien.

Ein einfaches Modell für die Strahlverbreiterung bei schnellerer Rotation wäre, dass die Feldlinien an den Polen in einem flacheren Winkel auf die Neutronensternoberfläche treffen, wenn das Objekt schneller rotiert. Bei langsamer Rotation (einige Sekunden pro Umdrehung) treffen die Feldlinien noch fast senkrecht auf die Polarregion, daher die geringe Strahlbreite. Rotiert das Objekt schneller, wird die klassische Dipolkonfiguration verzerrt und die Feldlinien quasi nach hinten gezogen. Oder ist das auch zu einfach gedacht?

Gruß Timo

Hallo,

auch einige SGRs und AXPs haben gepulste Radioemission.
Eine Verbindung benachbarter Magnetfeldlinien (magnetic reconnection) entsteht wenn die Neutronensternoberflaeche aufbricht und sich verschiebt. So wird Energie frei, die in den Magnetfeldern gespeichert ist und es gibt einen Strahlungsausbruch, wie z.B. in 1E 1547.0-5408:
http://isdc.unige.ch/~beckmann/german/AXP.html

Einen neueren Uebersichtsartikel zum Thema gibt es von Sandro Mereghetti aus dem Jahre 2008:
http://fr.arxiv.org/abs/0804.0250

Gruss,
Volker

Hallo Volker

auch einige SGRs und AXPs haben gepulste Radioemission

Im Artikel von Kreuzberga steht aber was anderes.

Despite deep, sensitive radio observations of most magnetar candidates, no
persistent radio emission has been detected from any SGR or AXP

Also keine Radiostrahlung bei SGR und AXP
Oder ich habs falsch übersetzt
Gruß René

Zitat

auch einige SGRs und AXPs haben gepulste Radioemission

Im Artikel von Kreuzberga steht aber was anderes.

Tja, ist aber so. Wir haben gerade dieses Jahr einen Artikel dazu veroeffentlicht, daher fiel mir das hier im Forum auf. Siehe
http://fr.arxiv.org/abs/0912.0290

1E 1547.0-5408 und XTE J1810-197 sind beides anomalous X-ray pulsars (AXPs) und haben gepulste Radioemission.

Gruss,
Volker

Hallo Volker
Ich kann nichts von regelmäßigen Radiopulsen finden

Ich habe noch einen weiteren Artikel
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0310665
da steht aber auch nichts
Nur was von photonen-index ~4
Weißt du was das heißt ?

Was mich zu den beiden AXP´s interessieren würde wäre,
Welche Strahlung haben die unregelmäßigen Ausbrüche
Ist das im Verhältnis zu anderen AXP eher langwelligere oder kurzwelligere Strahlung ?
Meine Frage klingt jetzt etwas komisch aber es ist für mich interessant zu wissen
Gruß