Neutronensterne, Pulsare, Magnetare

Moin,

über den Krebsnebel hatten wir hier auch schon etwas geschrieben >>>

Jerry

Aktuell zur Chandra-Aufnahme vom  Krebsnebel gibt es von High Energy Astronomy Observatory 2, auch Einstein Observatory genannt ein 30 Jahre Jubiläum da es am 13.November 1978 gestartet wurde. Dieses fertigte ein Röntgenbild vom Krebsnebel an das damals nicht so detailreich aber dennoch ein großer Schritt darstellte. Hier das NASA-Röntgenbild:


Hansjürgen

NASA's Fermi Telescope Discovers entdeckte 1. Gamma-Ray-Only Pulsar
und damit eine neue Klasse von Pulsaren. Dieser CTA1 liegt im Cerpheus und dürfte weiteren Erkenntnisgewinn bringen!
Mehr Infos hier: http://www.spacedaily.com/reports/NASA_Fermi_Telescope_Discovers_First_Gamma_Ray_Only_Pulsar_999.html

Hansjürgen

Bei der Beobachtung handelt es sich um die erste wissenschaftliche Entdeckung, die mit Fermi (ehemals GLAST) gemacht wurde. Der Gamma-Pulsar ist mit einem Alter von ~ 10.000 Jahren noch recht jung und strahlt aller Wahrscheinlichkeit nach auch Radiowellen ab, die jedoch die Erde nicht erreichen, da sie wahrscheinlich stärker gerichtet sind als die Gammastrahlung und so einfach an der Erde vorbeistrahlen.

Die Beobachtungen wurde mit Fermis Large Area Telescope durchgeführt und wären derzeit mit keinem anderen Instrument möglich. Die uns bekannte Pulsarpopulation (im Moment 1.800 Stück) wird daher in nächster Zeit wachsen.

Quelle der NASA: http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/gr_pulsar.html

@Hansjuergen. Kleine Korrektur: Mit CTA 1 wird der  Supernovaüberrest (supernova remnant (SNR))im Cepheus bezeichnet, also ein Emissionsnebel. Der Pulsar liegt in diesem Nebel und hat wahrscheinlich noch keinen Namen!

Diese Woche ist hier auf der Uni ein Physikerkongress, also eine ganze Menge seltsame Gestalten ("non-geologists") unterwegs. Auf jedenfall hat mich eine Kollege aufmerksam gemacht, das es da einen oeffentlichen Vortrag ueber Pulsare gaebe (ich bekomme/lese die Unirundmails meistens nicht). Also am Abend natuerlich hingegangen. Beim lesen des Titelblattes dachte ich nur, der Name der Vortragenden kommt einen doch bekannt vor, woher wohl: Jocelyn Bell Burnell.
Und tatsaechlich, war die Mitentdeckerin der Pulsare. Und war ein richtig guter Vortrag. Es war keine tiefgruendige Physik sondern allgemeiner Natur, Geologen sollten ja auch was davon haben. Aber die Frau in Aktion zu sehen war schon toll, inklusive der Simulation eines binaeren Pulsarsystems mit Dopplereffekt und Energieverlust durch Gravitationswellen mit Bindfaden und Kuechenwecker.

Martin

GREENBELT, Md. -- NASA' Gammastrahl-Weltraumteleskop s-Fermi hat 12 neue Gammastrahl-nur Pulsars entdeckt und hat Gammastrahlimpulse von 18 anderen ermittelt. Die Entdeckungen wandeln unser Verständnis um, wie diese stellare Asche arbeitet. " Wir wissen von 1.800 Pulsars, aber bis Fermi sahen wir nur kleine Bündel von Energie von allen und nur einer Handvoll von ihnen, " sagt Roger, der von der Universität von Stanford, Calif Romani ist. "

NASA' Gammastrahl-Weltraumteleskop s-Fermi hat 12 vorher unbekannte Pulsars gefunden (orange). Fermi ermittelte auch Gammastrahlemissionen von bekannten Radiopulsars (die Magenta, Cyan-blau) und von den bekannten oder vermuteten Gammastrahl Pulsars, die durch NASA' identifizierent wurden; jetzt-verstorbenes Compton Gammastrahl-Observatorium s-(Grün).

Mehr darüber hier: http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/dozen_pulsars.html

Hansjürgen

XMM-Newton hat die Rotationsdauer des Magnetars SGR 1627-41 bestimmt. SGR steht für Soft Gamma-ray Repeater. SGR 1627 wurde 1998 entdeckt und fiel 2005 durch viele hundert gewaltige Flares innerhalb einer sechswöchigen Periode auf. SGR 1627 war bisher der einzige unter den insgesamt 5 bekannten Magnetaren, von dem seine Rotationsperiode nicht bekannt war. Sie beträgt 2,6 Sekunden.

Das Magnetfeld eines Magnetars kann bis zu 1000 mal stärker sein, als das eines "normalen" Neutronensterns. Warum das Magnetfeld so stark ist, kann bisher nicht befriedigend erklärt werden.

http://www.esa.int/esaSC/SEMAD2UTGOF_index_0.html

Am 22. Januar 2009 hat das Anti-Coincidence System (ACS), ein Ring aus massiven Gamma-Strahlungs Detektoren an Bord von ESAs INTEGRAL Satellit, ungefähr 200 intensive 'Blitze' von Gammalicht beobachtet. Diese Ausbrüche waren sehr kurz und dauerten zwischen 0.1 und 8 Sekunden.  Gleichzeitig waren es die hellsten, die das ACS in den mehr als sechs Jahren seit dem Start von INTEGRAL beobachtet hat, sogar heller als die üblichen Gamma-Ray Bursts. Normalerweise beobachtet INTEGRAL an einem Tag keinen bis ein paar schwache Gamma-Blitze mit Hilfe des ACS.

Da auch NASAs Swift Satellit und der Fermi Satellit sowie der japanische Suzaku Satellit die hellen Ausbrüche am Donnerstag sehen konnten, können diese nun auch einem Objekt am Himmel zugeordnet werden: Es handelt sich bei der Quelle um 1E 1547.0-5408, einen sogenannten "Anomalous X-ray Pulsar" (AXP) im Norma Spiralarm der Milchstrasse. Diese Neutronensterne, die nur einen Durchmesser von etwa 25 Kilometern haben aber gleichzeitig mehr Masse als die Sonne, zeichnen sich durch extrem starke Magnetfelder aus. Das Magnetfeld eines AXP ist 10¹⁵ (eine 1 mit 15 Nullen) mal stärker als das Feld der Erde. Strahlenausbrüche, wie sie nun durch INTEGRAL beobachtet wurden, sind wahrscheinlich auf diese Magnetfelder zurückzuführen. Eventuell wird hier Energie freigesetzt, wenn die äussere Kruste des Neutronensterns aufbricht und es einen "Kurzschluss" der Magnetfeldlinien gibt.

Am 24.1. wird nun der INTEGRAL auf diese Quelle ausgerichtet. Wir erhoffen uns dann mehr Aufschluss, welche physikalischen Prozesse für die starken Strahlungsausbrüche verantwortlich sind.

Weitere Informationen gibt es hier:
http://isdc.unige.ch/~beckmann/german/AXP.html

Eine Zusammenfassung der bisherigen Beobachtungen im Telegrammstil, findet Ihr hier:
http://gcn.gsfc.nasa.gov/other/1154705408_2.gcn3

Hallo Volker,

sehr interessant! Gibt es eigentlich einen Unterschied zwischen AXPs und Magnetaren, oder sind das nur zwei unterschiedliche Bezeichnungen für dieselben Objekte?

Gruß,
Timo

Gibt es eigentlich einen Unterschied zwischen AXPs und Magnetaren, oder sind das nur zwei unterschiedliche Bezeichnungen für dieselben Objekte?
 

Um mir mal auf meine eigene Frage zu antworten: AXP sind sozusagen eine Unterkategorie der Magnetare. Eine weitere Unterklasse sind die so genannten Soft Gamma-ray Repeater (SGR). Uns sind bisher nur eine gute Handvoll von AXPs und SGRs bekannt.

AXP und SGR stellen demnach verschiedene Stufen im Lebenszyklus eines Magnetars dar. Magnetare "leben" ohnehin nur in der Größenordnung von 10 000 Jahren. Wenn das Magnetfeld noch sehr stark und chaotisch ist und häufig Gammastrahlen-Ausbrüche erfolgen, spricht man von SGRs. Anschließend stabilisiert sich das Magnetfeld und das Objekt wird zum AXP.

Wenn das so stimmt, verwundern mich die von Volker beschriebenen heftigen Gamma-Ausbrüche bei einem AXP etwas. Daher weitere Fragen:

- Macht man in diesem Fall, da die Quelle der Strahlung ein AXP zu sein scheint, den gleichen Mechanismus verantwortlich für die Gamma-Ausbrüche wie bei Soft Gamma-ray Repeatern?

- Durch welchen Prozess genau soll "die Kruste des Neutronensterns" aufbrechen?

- Könnten die beobachtete Gammastrahlung in dem beschriebenen Fall nicht auch durch eine Kollision mit einem anderen Objekt, möglicherweise mit einem älteren Neutronenstern, entstanden sein?

Die NASA-Satelliten Swift und Fermi beobachten schon geraume Zeit den
30000 Lichtjahre entfernten Neutronenstern SGR J1550-5418      welcher immer wieder periodische Ausbrüche aufzeigt, so waren die letzten im Oktober 2008 registriert worden. Diese waren jedoch bescheiden gegenüber der Ausbrüche von SGR J1550-5418 in den letzten Januar-Tagen, welche nun zu einem 6-Tage-Aufzeichnungsvideo zusammengestellt wurden, zu sehen hier: http://www.nasa.gov/mov/312535main_SGR_date_overlay_640x360.mov

Hansjürgen

Eine Gastautorin und Physikstudentin kurz vor dem Diplom erzählt uns mehr über Neutronensterne. Es gibt in Kürze noch weitere Artikel zu dem Thema:

http://www.raumfahrer.net/astronomie/sterne/neutronensterne1.shtml

Mit dem Röntgen-Teleskop Chandra gelang es, den bisher ältesten Pulsar abzulichten, hier dargestellt in einem Bild kombiniert mit Aufnahmen des VLT im optischen Bereich:

Credit: X-ray: NASA/CXC/Penn State/G.Pavlov et al.; Optical: ESO/VLT/UCL/R.Mignani et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss.

Der Pulsar PSR J0108-1431 befindet sich 770 Lichtjahre entfernt im Sternbild des Walfischs und ist so besonders, da er mit 220 Mio. Jahren der bisher älteste im Röntgenbereich entdeckte Pulsar ist. Die Rotation eines Pulsars, bei dem es sich ja im wesentlichen um einen schnell rotierenden Neutronenstern handelt, verlangsamt sich, je älter das Objekt wird. Dieses Abbremsen ist zum großen Teil auf die Dissipation der Rotationsenergie in Form von Röntgenstrahlung zurückzuführen. J0108 rotiert im Vergleich zu seinen jüngeren Kollegen schon sehr langsam, nämlich nur noch knapp einmal pro Sekunde (statt ein paar hundert mal/ Sekunde), leuchtet im Röntgenbereich aber immer noch ziemlich kräftig, was man so nicht erwartet hat.

Trotzdem wird J0108 bald "sterben", d.h. sein periodisches Röntgenlicht wird erlöschen, sodass er fortan nur noch als normaler Neutronenstern umherrasen wird. 

Der weiße Pfeil auf dem Bild zeigt die Richtung an, in die sich J0108 mit rund 750.000 km/h bewegt.

http://chandra.harvard.edu/photo/2009/j0108/

Mit dem Röntgen-Weltraumteleskop Chandra ist folgendes, wunderschönes Bild der Umgebung des nur rund 1700 Jahre alten Pulsars PSR B1509-58 gelungen. Das Bild stellt farbcodiert verschiedene Wellenlängenbereiche innerhalb des Röntgen-Spektrums das Chandra aufnehmen kann dar. Rot stellt dabei die  weicheste Röntgenstrahlung an der Detektionsgrenze Chandras dar, blau repräsentiert die energiereichste Strahlung und grün liegt dazwischen.


Credit: NASA/CXC/SAO/P.Slane, et al.

Sehr schön kann man an dem kreisförmigen Muster in der Bildmitte sehen, wie der Strom von Elektronen und Protonen, der vom Pulsar mit seinem extrem starken Magnetfeld ausgeht, mit dem Gas des umliegenden Nebels kollidiert und rapide abgremst wird. Die ganze sichtbare Struktur ist ca. 150 Lichtjahre groß.

http://chandra.harvard.edu/photo/2009/b1509/

In dem Artikel zum handförmigen Röntgennebel (hier auch auf deutsch) gibt es einen schönen Widerspruch:

Er ist nur rund 1.700 Jahre jung und 17.000 Lichtjahre von uns entfernt.

Erklärungen sind gefragt. Ich weiß die Antwort schon.

hallo erstmal ich hab gestern den bericht zu dem pulsar gelesen und mich etwas gewundert hier ein ausschnitt (Neutronensterne sind Überreste von massereichen Sternen, die ihr Leben in einer Supernova beendet haben (Raumfahrer.net berichtete kürzlich in einer zweiteiligen Artikelserie). Als PSR B1509-58 von der Größe eines ausgewachsenen Sterns auf seine heutigen 20 Kilometer Durchmesser zusammenschrumpfte, blieb sein Drehimpuls erhalten und führte zu den nun sieben Umdrehungen in der Sekunde. Das Magnetfeld des Pulsars wird auf das 15-billionenfache des Erdmagnetfelds geschätzt. Er ist nur rund 1.700 Jahre jung und 17.000 Lichtjahre von uns entfernt.)

und jetzt kommt meine frage ich hab gelesen das nichts schneller sein kann als licht. und die röntgenstrahlen die der pulsar abgibt sind doch nichts anderes als licht nur das wir es nich wahrnehemen können(mit den augen)
ist das soweit richtig?
falls ja
wie kann man dann ein objekt welches 17000lj entfernt ist auf 1700jahre alter schätzen oder bestimmen
ich mein wenn etwas 17000lj weit weg ist muss es doch min. 17000jahre alt sein damit wir licht oder strahlung von ihm messen oder empfangen können
hab ich da jetzt einen denkfahler oder ist röntgenstrahlung schneller als licht?

Hallo chritz82 - willkommen im Raumcon-Forum!

Richtig, nichts kann schneller als Licht - auch Röntenstrahlung nicht.

wie kann man dann ein objekt welches 17000lj entfernt ist auf 1700jahre alter schätzen oder bestimmen
ich mein wenn etwas 17000lj weit weg ist muss es doch min. 17000jahre alt sein damit wir licht oder strahlung von ihm messen oder empfangen können
hab ich da jetzt einen denkfahler oder ist röntgenstrahlung schneller als licht?

Einen Denkfehler hast Du nicht. Ist schonmal gut, daß Du mitgedacht hast.
Möglicher Weise hast Du nur nicht ganz zu ende gedacht!

Das geschätzte Alter von 1700 Jahren bezieht sich nicht auf das tatsächliche Alter, sondern auf das, was wir heute sehen.
Wir sehen heute das Licht, was sich vor 17000 Jahren auf den Weg gemacht hat und heute erst bei uns ankommt.
Das tatsächliche Alter des Objektes ist inzwischen 18700 Jahre - aber so können wir es ja nicht sehen (oder erst in weiteren 17000 Jahren).

Der Blick ins All ist immer auch ein Blick in die Vergangenheit.
Je weiter wir blicken, umso länger ist das her.

ah okay also wird bei den alters angaben eines sterns, pulsars ect. immer der weg mit abgerechnet

danke für die antwort

eine frage hätt ich noch:
inwieweit spielt die ausdehnung des raumes bei entfernungen dieser dimension ein rolle?
ich meine, der raum dehnt sich doch aus, und lässt die zurückgelegte strecke dehnen?

neo

inwieweit spielt die ausdehnung des raumes bei entfernungen dieser dimension ein rolle?

Ja. Nachdem der Lichtstrahl, den wir heute sehen, losgeschickt wurde, hat sich der Raum "hinter" dem Strahl natürlich weiter ausgedehnt. Wir sehen also Objekte nicht nur so, wie sie in der Vergangenheit waren, sondern auch wo sie in der Vergangenheit waren. Bei 17.000 Jahren Reisezeit des Lichtes ist der Effekt allerdings noch zu vernachlässigen.

Wenn wir uns aber Objekte in mehreren Milliarden Lichtjahren Entfernung anschauen, ist der Effekt sehr viel deutlicher. Das Licht braucht ein paar Milliarden Jahre zu uns und damit hat der Raum Milliarden Jahre lang Zeit sich auszudehnen. Sehen wir ein Objekt in bspw. 10 Milliarden Lichtjahren Entfernung, dürfte das Objekt tatsächlich inzwischen schon 30-40 Milliarden Lichtjahre entfernt sein.

Nochmal zurück zum Pulsar: Wenn man annimmt, dass Erde und Pulsar sich relativ zueinander nicht bewegen, kann man mit der Hubble-Konstante relativ leicht überschlagen, wie weit sich Erde und Pulsar in den letzten 17.000 Jahren durch Ausdehnung des Raumes voneinander entfernt haben. Ich komme dabei auf knapp 2 Billionen Kilometer, also nur ein winziger Bruchteil eines Lichtjahres und damit gegenüber dem Abstand von 17.000 Lichtjahren völlig zu vernachlässigen. 
 

Hallo,

der Abstand in durch Gravitation (Schwerkraft) gebundenen Systemen veraendert sich nicht durch die Ausdehnung des Weltalls. Da Sonnensystem und Pulsar sich beide in der Milchstrasse befinden, kann man also zwischen beiden Objekten nicht die Ausdehnung des Weltalls feststellen. Sonst wuerden ja Galaxien im Laufe der Zeit immer groesser werden.
Nicht einmal in der lokalen Galaxiengruppe beobachtet man den 'Hubble-flow' - man kann also nicht die Hubblekonstante mit Hilfe der Andromedagalaxie bestimmen. Dazu muss man auf kosmologischen Entfernungen messen.

Gruss
Volker

Astronomen ist es gelungen zu beobachten, wie ein Pulsar durch Interaktionen mit seinem Begleitstern so stark in seiner Drehung beschleunigt wurde, dass es sich nun um einen Millisekunden-Pulsar handelt, der fast 600 mal in der Sekunde um seine Achse rotiert.

Da Pulsare während ihrer Lebenszeit große Mengen an Energie abstrahlen, wird ihre Rotationsgeschwindigkeit theoretisch im Laufe der Zeit immer langsamer. Da man aber alte Pulsare gefunden hat, die sich sehr schnell drehen, musste es einen Mechanismus geben, der die Pulsare in ihrer Rotation weiter beschleunigen kann. Diesen Mechanismus scheint man nun identifiziert zu haben: Der Pulsar zieht Materie von seinem Begleitstern ab, die sich zu einer Akkretionsscheibe formt und den Pulsar beschleunigt.

Dieser Prozess scheint sehr schnell vonstatten zu gehen, da sich in diesem speziellen Fall die Akkretionsscheibe innerhalb von wenigen Jahren (!) wieder aufgelöst hatte und den Pulsar offensichtlich erheblich beschleunigt hatte.

http://www.astronomynow.com/090522Millisecondpulsarmysterysolved.html

Hallo,

ich verstehe gerade nicht, wie die Materie aus der Scheibe zu der Beschleunigung führen soll, einfach durch Drehimpulserhaltung? Wird also der Drehimpuls der rotierenden Materie aus der Scheibe in den Stern mit "hinein" genommen?
Ich dachte immer der Drehimpuls einer kollabierenden Akkretionsscheibe ihren Drehimpuls durch orthogonale Jets abgibt.

Wird also der Drehimpuls der rotierenden Materie aus der Scheibe in den Stern mit "hinein" genommen?

So würde ich es verstehen. Die Materie stürzt ja auch tatsächlich (wahrscheinlich) irgendwann in/auf den Neutronenstern. Aber das ist vielleicht gar nicht notwendig. Das Material, das zur Akkretionsscheibe wird, bringt ja schon "von Haus aus", also durch die Rotation des Begleitsterns einen Drehimpuls mit. Dieser wird zum einen durch Reibung von Innen nach Außen umverteilt und durch Jets, wie du sagst, abgegeben. Eventuell stürzt gar kein Material aus der Scheibe auf den Pulsar, sondern wird fast vollständig durch die Jets verteilt. Trotzdem scheint noch ein Teil des Drehimpulses übrig zu bleiben, der auf den Neutronenstern übergeht.

Eigentlich schon wieder unvorstellbar! Welche Energien notwendig sind, um ein Objekt mit der Masse der Sonne von einigen Umdrehungen pro Sekunde auf mehrere hundert oder gar tausend Umdrehungen/Sekunde zu beschleunigen!

Was mir aber noch völlig unklar ist, ist wie die Akkretion bzw. der Materiefluss vom Begleitstern zum Neutronenstern zum Stoppen kommt und warum sie anscheinend sogar wieder einsetzen kann. Wenn dem so ist, müsste es ja eine Reihe von Systemen geben, die in relativ kurzen Zeitabständen zwischen den Modi "Low-mass X-rax Binary (LMXB)" und "Millisekunden-Pulsar" switchen. Die bisher bekannten Millisekundenpulsare haben aber keine Begleitsterne. Wurde in diesen Fällen der Begleitstern schon komplett evaporiert?

Moin,

habe leider keine Zeit diese Beiträge aufzudröseln, da sie aber hier rein passen gebe ich die Links auf >>> http://www.astron.nl/astronomy-group/people/joeri-van-leeuwen/main/persberichten/j1023/j1023 und http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/swift/results/bs9mon/bs_ind.php?number=71

Jerry