Magnetare sind eine besondere Klasse von Neutronensternen mit extrem starken Magnetfeldern – den stärksten aller Objekte im beobachtbaren Universum. Sie sind etwa eine Billion Mal stärker als die stärksten Permanentmagnete, die jemals auf der Erde hergestellt wurden. Neutronensterne sind die Überreste massereicher Sterne am Ende ihres Lebens. Sie besitzen eine größere Masse als die Sonne und sind auf die Größe einer Stadt komprimiert, was sie zu natürlichen Laboren für die Erforschung extremer physikalischer Phänomene macht. Wie bisher angenommen, gibt es verschiedene Arten von Magnetaren. Eine Möglichkeit ist ein explodierendes Objekt, das ein Schwarzes Loch umkreist und von einer Materiescheibe umgeben ist. Eine andere Möglichkeit sind zwei rotierende Neutronensterne, deren Magnetosphären periodisch interagieren und so einen Hohlraum bilden, in dem Eruptionen stattfinden können. Man schätzt, dass Magnetare etwa 10.000 Jahre aktiv sind, bevor sie sich beruhigen. Daher könnten sie dort vorkommen, wo eine besonders intensive Sternentstehung stattfindet. Dies scheint jedoch nicht für alle Magnetare zuzutreffen.
Wissenschaftler führten mit dem NASA-Teleskop IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) zwischen März und April 2025 über 140 Stunden Beobachtungen des Magnetars 1E 1547-5408 durch. Die Beobachtungen erfolgten in Zusammenarbeit mit dem NASA-Teleskop NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) und dem Murriyang-Radioteleskop des Commonwealth Science Institute (CSIRO) in Parkes. Dies war die erste koordinierte Messung der Polarisation der Radio- und Röntgenstrahlung eines Magnetars.
1E 1547-5408, der sich alle zwei Sekunden einmal um die eigene Achse dreht, ist ein einzigartiger Magnetar, der aus Gründen, die Wissenschaftler noch immer zu verstehen versuchen, kontinuierlich helle Radiostrahlung und Röntgenstrahlen aussendet, teilte die NASA in einer Pressemitteilung im August 2026 mit.
Beobachtungen ergaben, dass die Polarisation, also die Ausrichtung und der Grad der Beeinflussung einfallender Photonen, fast dreimal höher ist als bei vergleichbaren Quellen. Dieser hohe Polarisationsgrad war unerwartet, da die Geometrie der Magnetfelder des Magnetars nahelegt, dass die beobachteten Werte an bestimmten Punkten des Sterns nahe null liegen sollten. Auch Standardmodelle der Oberflächenstrahlung können diesen hohen Wert nicht erklären, was darauf hindeutet, dass ein weiterer Effekt die Polarisation verstärken muss.
Hier kommt die Vakuumdoppelbrechung ins Spiel – eine Theorie, die seit 90 Jahren im Bereich der Quantenelektrodynamik existiert. Diese erstmals 1936 vorgeschlagene Theorie besagt, dass das Vakuum des Weltraums durch extreme Magnetfelder, die weitaus stärker sind als jene, die Menschen auf der Erde erzeugen können, verändert werden kann. Unter solchen Bedingungen wirkt das Vakuum wie eine Linse oder ein Prisma, das Licht je nach Ausbreitungsrichtung filtert und dadurch dessen Polarisation verstärkt. Die Fähigkeit der IXPE-Mission, die Polarisation von Röntgenstrahlen zu messen, war für die Überprüfung dieser Theorie unerlässlich.
Diese Künstlerdarstellung zeigt den Magnetar 1E 1547.0-5408, einen schnell rotierenden Neutronenstern mit Magnetfeldern, die mehr als eine Billion Mal stärker sind als die der Erde. Die blauen Kurven, die von den beiden Magnetpolen des Sterns ausgehen, stellen Magnetfeldlinien dar. Der Magnetar ist eine bedeutende Quelle von Radio- und Röntgenstrahlung, deren Maxima um 2,1 Sekunden von der Rotationsachse versetzt sind. Dies deutet darauf hin, dass die primäre Röntgenquelle ein sekundärer „Hotspot“ ist, der von der magnetischen Achse versetzt liegt. Diese Emissionsquellen sind als Kegelschnitte dargestellt: Das hellblaue Maximum der Radiostrahlung liegt auf der Symmetrieachse des Magnetfelds, das dunkelblaue Maximum der Röntgenstrahlung darunter. Die oberen und unteren Emissionskegel zeigen Röntgenpolarisationsgrade von 40 % bzw. 80 % an. Diese hohen Werte liefern zusammen mit gleichmäßigen, kohärenten Polarisationsänderungen über die Rotationsperiode das bisher präziseste Signal für Vakuumdoppelbrechung – eine lange gesuchte Vorhersage der Quantenelektrodynamik. NASA/Pablo Garcia
Simulationen des Forschungsteams stützen die Annahme, dass das charakteristische Signal auf Vakuumdoppelbrechung zurückzuführen ist. Hoa Dinh Thi, Postdoktorand an der Rice University in Houston und Mitautor der Publikation, die die Ergebnisse beschreibt, erklärte: „Unser Modell legt nahe, dass Vakuumdoppelbrechung in der Umgebung des Neutronensterns notwendig ist, um die beobachteten Röntgenpolarisationssignale zu reproduzieren und die durch Radiobeobachtungen vorgegebenen Einschränkungen zu erfüllen. Diese Entdeckung zeigt, wie Neutronensterne es uns ermöglichen, fundamentale physikalische Phänomene unter Bedingungen zu untersuchen, die in irdischen Laboren nicht realisierbar sind.“
Große Polarisationsmessungen, die mit einem Magnetar durchgeführt wurden, stützen die theoretische Vorhersage nachdrücklich und könnten die erste direkte Beobachtung dieses Effekts überhaupt darstellen.
Weitere Beobachtungen dieser Quelle und anderer Magnetare mit IXPE werden dieses Signal bestätigen und möglicherweise weitere exotische quantenelektrodynamische Effekte aufdecken.
Die IXPE-Mission, die weiterhin beispiellose Daten liefert und bahnbrechende Entdeckungen über Himmelsobjekte im Universum ermöglicht, ist eine gemeinsame Mission der NASA und der italienischen Raumfahrtagentur ASI mit Partnern und Wissenschaftlern aus zwölf Ländern. Sie wird vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, geleitet. BAE Systems Inc. mit Hauptsitz in Falls Church, Virginia, führt die Raumsondenoperationen in Zusammenarbeit mit dem Laboratory for Atmospheric and Space Physics der University of Colorado Boulder durch. Erfahren Sie hier mehr über die aktuelle IXPE-Mission:
Forscher haben mithilfe des Hubble-Weltraumteleskops der NASA einen Magnetar namens SGR 0501+4516 entdeckt, der sich aus unbekannter Quelle durch unsere Galaxie bewegt. Wissenschaftler vermuten, dass dieser Magnetar der wahrscheinlichste Kandidat in unserer Milchstraße für einen Magnetar ist, der nicht, wie ursprünglich angenommen, durch eine Supernova-Explosion entstanden ist. Diese Entdeckung ist so ungewöhnlich, dass sie möglicherweise sogar Aufschluss über den Mechanismus der sogenannten schnellen Radioblitze geben könnte.
„Magnetare sind Neutronensterne, die Überreste toter Sterne, die vollständig aus Neutronen bestehen. Sie zeichnen sich durch ihre extrem starken Magnetfelder aus“, erklärte Ashley Chrimes, Hauptautorin der Studie zu dieser Entdeckung, die am 15. April in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde. Chrimes ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrum (ESRTC) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) in den Niederlanden.
Das Magnetfeld eines Magnetars ist etwa eine Billion Mal stärker als die Magnetosphäre der Erde. Würde ein Magnetar in der halben Entfernung des Mondes an der Erde vorbeifliegen, würde sein gewaltiges Feld alle Kreditkarten auf unserem Planeten zerstören. Näherte sich ein Mensch dem Magnetar auf weniger als 965 Kilometer (600 Meilen), würde er sich laut der Pressestelle der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) in eine Art Todesstrahl verwandeln, der jedes Atom im menschlichen Körper vernichten würde.
Die Besonderheiten des Magnetars wurden mithilfe empfindlicher Instrumente des Hubble-Weltraumteleskops sowie präziser Daten der Gaia-Raumsonde der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) aufgedeckt.
Der rätselhafte Magnetar wurde erstmals 2008 entdeckt, als das Swift-Observatorium der NASA kurze, intensive Gammablitze am Rande der Milchstraße nachwies. Die Quelle, einer von etwa 30 bekannten Magnetaren in der Milchstraße, erhielt die Bezeichnung SGR 0501+4516.
Da Magnetare Neutronensterne sind, liegt ihre Entstehung nahe, weil sie in Supernovae entstehen, wenn ein Stern explodiert und kollabiert, wodurch er sich in einen extrem dichten Neutronenstern verwandelt. Dies scheint bei SGR 0501+4516 der Fall zu sein, der sich in der Nähe des Supernovaüberrests HB9 befindet. Die Entfernung zwischen dem Magnetar und dem Zentrum des Supernovaüberrests am Himmel beträgt nur 80 Bogenminuten, also etwas mehr als die Länge Ihres kleinen Fingers bei ausgestrecktem Arm.
Diese Künstlerdarstellung zeigt einen Magnetar – eine besondere Art von Neutronenstern mit einem extrem starken Magnetfeld. Neutronensterne gehören zu den kompaktesten und extremsten Objekten im Universum. Typischerweise enthalten sie mehr Masse als die Sonne in einer Neutronenkugel mit einem Durchmesser von etwa 19 Kilometern. Der Neutronenstern ist als bläulich-weiße Kugel dargestellt. Das Magnetfeld zeigt sich als Filamente, die von seinen Polarregionen ausgehen. Illustration: ESA
Eine zehnjährige Studie mit dem Hubble-Weltraumteleskop hat jedoch Zweifel am Entstehungsort des Magnetars aufkommen lassen. Nach ersten Beobachtungen mit bodengebundenen Teleskopen kurz nach der Entdeckung von SGR 0501+4516 nutzten Forscher die außergewöhnliche Empfindlichkeit und die stabile Ausrichtung des Hubble-Teleskops, um das schwache Infrarotleuchten des Magnetars in den Jahren 2010, 2012 und 2020 nachzuweisen. Jedes dieser Bilder wurde mit dem Koordinatensystem abgeglichen, das durch Beobachtungen der Gaia-Raumsonde bestimmt wurde. Gaia hat eine extrem präzise 3D-Karte von fast zwei Milliarden Sternen in der Milchstraße erstellt. Diese Methode enthüllte die subtile Bewegung des Magnetars, während er über den Himmel wanderte.
„Alle diese von uns gemessenen Bewegungen sind kleiner als ein einzelnes Pixel im Hubble-Bild“, sagte Studienmitautor Joe Lyman von der Universität Warwick in Großbritannien. „Die Möglichkeit, diese Messungen zuverlässig durchzuführen, beweist die langfristige Stabilität von Hubble.“
Durch die Verfolgung der Position des Magnetars konnte das Team seine scheinbare Bewegung am Himmel messen. Sowohl Geschwindigkeit als auch Richtung der Bewegung von SGR 0501+4516 deuteten darauf hin, dass der Magnetar nicht mit einem nahegelegenen Supernovaüberrest in Verbindung stehen konnte. Die Untersuchung der Bahn des Magnetars über Tausende von Jahren ergab, dass es keine anderen Supernovaüberreste oder massereichen Sternhaufen gab, mit denen er in Verbindung gebracht werden konnte.
Wenn SGR 0501+4516 nicht durch eine Supernova entstanden ist, muss der Magnetar entweder älter als sein geschätztes Alter von 20.000 Jahren sein oder auf anderem Wege entstanden sein. Magnetare können auch durch die Verschmelzung zweier masseärmerer Neutronensterne oder durch einen Prozess namens akkretionsinduzierter Kollaps entstehen. Für den akkretionsinduzierten Kollaps ist ein Doppelsternsystem mit einem Weißen Zwerg erforderlich: dem Kern eines sonnenähnlichen, toten Sterns. Zieht der Weiße Zwerg Gas von seinem Begleiter an, kann er zu massereich werden, um sich selbst zu halten, was zu einer Explosion – oder möglicherweise zur Entstehung eines Magnetars – führen kann.
„Normalerweise würden in einem solchen Fall Kernreaktionen ausgelöst, die den Weißen Zwerg explodieren ließen und nichts zurückließen. Es gibt jedoch die Theorie, dass ein Weißer Zwerg unter bestimmten Bedingungen stattdessen zu einem Neutronenstern kollabieren könnte. Wir glauben, dass SGR 0501 auf diese Weise entstanden sein könnte“, fügte Andrew Levan von der Radboud-Universität in den Niederlanden und der Universität Warwick in Großbritannien hinzu.
Derzeit gilt SGR 0501+4516 als aussichtsreichster Kandidat für einen Magnetar in unserer Galaxie, der möglicherweise durch eine Verschmelzung oder einen durch Akkretion ausgelösten Kollaps entstanden ist. Magnetare, die durch Akkretion entstanden sind, könnten einige der mysteriösen schnellen Radioblitze (FRBs) erklären – kurze, aber intensive Ausbrüche von Radiowellen. Insbesondere könnte dieses Szenario den Ursprung von FRBs in Sternpopulationen erklären, die zu alt sind, um kürzlich Sterne hervorgebracht zu haben, die massereich genug sind, um als Supernovae zu explodieren.
„Die Rate der Magnetar-Produktion und die Szenarien für ihre Entstehung gehören zu den drängendsten Fragen der Hochenergie-Astrophysik und haben Auswirkungen auf viele der leistungsstärksten transienten Phänomene im Universum, wie Gammablitze, ultraleuchtkräftige Supernovae und schnelle Radioblitze“, sagte Nanda Rea vom Institut für Weltraumwissenschaften in Barcelona, Spanien.
Das Forschungsteam plant, weitere Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop durchzuführen, um die Ursprünge anderer Magnetare in der Milchstraße zu untersuchen und zu verstehen, wie diese extrem magnetischen Objekte entstehen.
Das Hubble-Weltraumteleskop ist seit über drei Jahrzehnten in Betrieb und liefert weiterhin bahnbrechende Entdeckungen, die unser grundlegendes Verständnis des Universums prägen. Hubble ist ein internationales Gemeinschaftsprojekt der NASA und der ESA (Europäischen Weltraumorganisation). Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, leitet das Teleskop und den Missionsbetrieb. Lockheed Martin Space mit Sitz in Denver unterstützt den Missionsbetrieb ebenfalls in Goddard. Das Space Telescope Science Institute in Baltimore, das von der Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) betrieben wird, führt die wissenschaftlichen Operationen von Hubble im Auftrag der NASA durch.
FRB 20220610A wurde erstmals am 10. Juni 2022 vom australischen Radioteleskop ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) in Westaustralien detektiert. Das Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile bestätigte, dass der FRB aus einer weit entfernten Region stammt. Seine Energie war viermal höher als die von FRBs in der näheren Umgebung.
Man nennt sie schnelle Radioblitze (FRBs) – flüchtige Energieausbrüche, die für wenige Millisekunden eine ganze Galaxie überstrahlen können. Hunderte von FRBs wurden in den letzten Jahren entdeckt. Sie blitzen am Himmel auf wie Kamerablitze in einem Stadion, doch die Quellen dieser intensiven Strahlungsausbrüche sind weiterhin unklar.
Dieser neue schnelle Radioblitz war besonders ungewöhnlich, da er auf der anderen Seite des Universums auftrat. Nach den nachfolgenden Hubble-Beobachtungen, die nach seiner Entdeckung durchgeführt wurden, wurde die Situation noch rätselhafter. Der schnelle Radioblitz ereignete sich an einem scheinbar unwahrscheinlichen Ort: in einem Galaxienhaufen, der existierte, als das Universum erst 5 Milliarden Jahre alt war. Die überwiegende Mehrheit der bisherigen schnellen Radioblitze wurde in isolierten Galaxien nachgewiesen.
„Um die Quelle des schnellen Radioblitzes präzise zu lokalisieren, waren die außergewöhnliche Präzision und Empfindlichkeit des Hubble-Weltraumteleskops erforderlich“, sagte die Hauptautorin der Studie, Alexa Gordon von der Northwestern University in Evanston, Illinois. „Ohne die Bilder von Hubble wäre es ein Rätsel geblieben, ob er von einer einzelnen, monolithischen Galaxie oder von einem interagierenden System stammt. Genau diese ungewöhnlichen Bedingungen treiben uns an, das Geheimnis der schnellen Radioblitze besser zu verstehen.“
Eine Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops der Wirtsgalaxie des extrem energiereichen schnellen Radioblitzes FRB 20220610A. Hubbles Empfindlichkeit und Schärfe zeigen eine kompakte Gruppe mehrerer Galaxien, die möglicherweise gerade verschmelzen. Sie existierten, als das Universum erst fünf Jahre alt war. NASA, ESA, STScI, Alexa Gordon (Northwestern University)
Die scharfen Bilder des Hubble-Weltraumteleskops lassen vermuten, dass dieser schnelle Radioausbruch in einer Umgebung entstanden ist, die bis zu sieben Galaxien auf einem möglichen Verschmelzungspfad enthalten könnte, was ebenfalls von erheblicher Bedeutung wäre, so die Forscher.
„Letztendlich versuchen wir, die Fragen zu beantworten: Was verursacht sie? Was sind ihre Vorläufer? Woher kommen sie? Die Beobachtungen mit dem Hubble-Teleskop bieten eine spektakuläre Gelegenheit, die faszinierenden Umgebungen zu sehen, die diese mysteriösen Phänomene hervorbringen“, sagte der Co-Autor der Studie, Wen-fai Fong, ebenfalls von der Northwestern University.
Obwohl Astronomen sich noch nicht über den möglichen Mechanismus dieses außergewöhnlichen Phänomens einig sind, geht man allgemein davon aus, dass schnelle Radioblitze (FRBs) mit kompakten Objekten wie Schwarzen Löchern oder Neutronensternen in Verbindung stehen. Ein extremer Neutronensterntyp ist der Magnetar – der magnetisch stärkste Neutronenstern im Universum. Sein Magnetfeld ist so stark, dass ein Magnetar, befände er sich auf halbem Weg zwischen Erde und Mond, den Magnetstreifen aller Kreditkarten der Welt löschen würde. Schlimmer noch: Würde ein Astronaut sich einem Magnetar bis auf wenige hundert Kilometer nähern, würde er sich praktisch auflösen, da jedes Atom seines Körpers zerstört würde.
Mögliche Mechanismen umfassen eine Art heftiges Sternenbeben oder alternativ eine Explosion, die durch das Aufbrechen und Wiederverbinden der verdrillten Magnetfeldlinien des Magnetars verursacht wird. Ein ähnliches Phänomen tritt auf der Sonne auf und verursacht Sonneneruptionen, doch das Feld des Magnetars ist eine Billion Mal stärker als die Magnetosphäre der Sonne. Dieses Aufbrechen könnte einen schnellen Radioblitz (FRB) auslösen oder eine Stoßwelle erzeugen, die umgebenden Staub verbrennt und das Gas zu Plasma erhitzt.
Magnetare treten in vielen Formen auf. Eine Möglichkeit wäre ein explodierendes Objekt, das ein Schwarzes Loch umkreist und von einer Materiescheibe umgeben ist. Eine andere Möglichkeit wären zwei rotierende Neutronensterne, deren Magnetosphären periodisch miteinander interagieren und so einen Hohlraum bilden, in dem Eruptionen stattfinden können. Man schätzt, dass Magnetare etwa 10.000 Jahre aktiv sind, bevor sie sich beruhigen. Daher könnten sie dort vorkommen, wo eine besonders intensive Sternentstehung stattfindet. Dies scheint jedoch nicht für alle Magnetare zuzutreffen.
In naher Zukunft wird die Empfindlichkeit von Experimenten zur Detektion schneller Radioblitze (FRBs) steigen, was zu einem beispiellosen Anstieg der Anzahl von FRBs führen wird, die in solchen Entfernungen detektiert werden. Das Hubble-Weltraumteleskop wird eine entscheidende Rolle bei der Erforschung der Bedingungen spielen, unter denen diese FRBs auftreten. Astronomen werden bald herausfinden, wie einzigartig die Umgebung war, in der dieser spezielle FRB-Blitz entstand.
Astronomen haben in der Milchstraße einen stark magnetischen toten Stern, einen sogenannten Magnetar, entdeckt, der sich kurzzeitig wie ein Pulsar verhielt – ein Neutronenstern, der sich schnell um seine Achse dreht. Der Magnetar nahm dieses Pulsar-Aussehen nach einem starken Strahlungsausbruch an, der erstmals im Jahr 2020 beobachtet wurde. Während die meisten FRBs (Fast Radio Bursts) Quellen außerhalb der Milchstraße zugeordnet werden, stammt dieser, FRB 20200428, aus unserer Galaxie und ist damit der erste jemals beobachtete galaktische FRB. FRB 20200428 wird mit dem stark magnetischen Neutronenstern SGR J1935+2154 in Verbindung gebracht, der etwa 30.000 Lichtjahre entfernt ist und das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A* (Sgr A*) im Zentrum der Milchstraße umkreist.
Diese Emission ist ein Beispiel für einen schnellen Radioblitz (FRB) – einen mysteriösen Energieausbruch, dessen Quellen und Ursprung noch weitgehend unerforscht sind. Dies veranlasste viele Forscher zu der Annahme, dass auch außerhalb der Milchstraße detektierte schnelle Radioblitze von Magnetaren stammen. Das Problem war das Fehlen überzeugender Beweise für diesen Zusammenhang. Auf der Suche nach diesem entscheidenden Beweis untersuchte ein internationales Forscherteam SGR J1935+2154 genauer und entdeckte, dass sich der Magnetar wie ein schnell rotierender Neutronenstern, ein sogenannter Pulsar, verhält und fünf Monate nach der Aktivierung von FRB 20200428 in eine kurze Radiopulsarphase eintritt. Die Ergebnisse des Teams wurden am 28. Juli 2024 in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Um diesen Magnetar der Milchstraße zu untersuchen, wandte sich das Team an das Five-hundred-meter Spherical Telescope (FAST) in China, das als erstes FRB 20200428 entdeckt hatte. Dieses riesige Radioteleskop blickt auf eine lange Geschichte zurück, in der es Forschern ermöglichte, nach FRBs zu suchen.
Siehe auch... Neue Methode zur Beobachtung einzelner Atome bestätigt jahrhundertealte quantenmechanische Theorie |
Interessanterweise wurde die Phase des späten Pulsars SGR J1935+2154 vom FAST-Teleskop anders erfasst als der schnelle Radioausbruch des Magnetars. Dies deutete für das Team darauf hin, dass diese beiden Phänomene unterschiedliche Ursprünge haben.
„FAST hat über einen Zeitraum von 13 Tagen und insgesamt 16,5 Stunden 795 Pulse von der Quelle detektiert“, erklärte Teamleiter Weiwei Zhu von den Nationalen Astronomischen Observatorien Chinas (NAOC) in einer Mitteilung. „Diese Pulse weisen andere Beobachtungseigenschaften auf als die von dieser Quelle beobachteten FRBs.“
Dieser Unterschied in den „Emissionsmodi“ zwischen schnellen Radioblitzen und -pulsen könnte Astronomen helfen, die Auslöser schneller Radioblitze sowohl innerhalb der Milchstraße als auch über gewaltige kosmologische Distanzen hinweg besser zu verstehen. Er könnte zudem weitere Informationen über Neutronensterne in ihren verschiedenen Formen liefern.
Wie alle Neutronensterne entstehen auch Magnetare und Pulsare, wenn ein Stern, der mindestens achtmal so massereich ist wie die Sonne, die Grenze seines Kernfusionsbrennstoffvorrats erreicht. Dadurch stoppt der Energieausfluss, der den Stern am Leben erhält, und sein eigener Gravitationsdruck wird aufgehoben.
Illustration zum Vergleich eines Neutronensterns mit der Insel Manhattan. Goddard Space Flight Center der NASA.
Ohne diesen äußeren Strahlungsdruck kollabiert der Kern des Sterns. Dies verursacht Schockwellen im äußeren Material und führt zu einer gewaltigen Supernova-Explosion. Diese katastrophale Explosion schleudert die äußeren Schichten des Sterns weg und hinterlässt einen rapide kollabierenden Sternkern mit der ein- bis zweifachen Masse der Sonne. Dadurch entsteht ein Neutronenstern, dessen Durchmesser sich dramatisch verringert.
Neutronensterne haben schätzungsweise einen Durchmesser von etwa 20 Kilometern, was bedeutet, dass sie sich problemlos innerhalb der Grenzen mancher Großstädte der Erde befinden könnten. Die Folgen wären jedoch alles andere als angenehm.
Neutronensterne, die die doppelte Masse der Sonne besitzen und so lang wie Manhattan sind, bestehen aus einer einzigartigen Form unglaublich dichter Materie, die reich an Neutronen ist – Teilchen, die normalerweise mit Protonen in Atomkernen assoziiert sind. Würde man eine nur etwa zuckerwürfelgroße Probe dieser Materie von einem Neutronenstern entnehmen und zur Erde zurückbringen, würde sie unglaubliche 1 Milliarde Tonnen wiegen. Das ist mehr als das Doppelte des Gewichts der gesamten Menschheit, das auf 390 Millionen Tonnen geschätzt wird.
Dies ist jedoch nicht das einzige extreme Merkmal eines Neutronensterns.
Aufgrund des Gesetzes der Drehimpulserhaltung nimmt die Rotationsgeschwindigkeit eines neugeborenen Neutronensterns mit abnehmendem Durchmesser rapide zu.
Ein sehr anschauliches Beispiel dafür findet sich im Eiskunstlauf. Um die Rotationsgeschwindigkeit zu erhöhen, zieht ein Läufer die Arme an den Körper. Um langsamer zu werden, streckt er die Arme wieder aus.
Pulsare sind Neutronensterne, die sich so schnell drehen, dass sie Hunderte von Umdrehungen pro Sekunde vollführen. Der schnellste jemals entdeckte Pulsar ist PSR J1748−2446ad mit 716 Umdrehungen pro Sekunde. Dieser Pulsar sendet zudem Strahlungsbündel von seinen Polen aus. Das bedeutet, dass diese Art von Neutronenstern während seiner Rotation Strahlungsbündel wie ein kosmischer Leuchtturm durch das gesamte Universum sendet.
Die abnehmende Breite von Neutronensternen führt auch dazu, dass die Magnetfeldlinien des Ursprungssterns näher zusammenrücken. Je näher die Magnetfeldlinien beieinander liegen, desto stärker werden sie. Das bedeutet, dass Neutronensterne die stärksten Magnetfelder im Universum besitzen, einige erreichen Werte von über einer Milliarde Tesla. Zum Vergleich: Die stärksten Magnetfelder auf der Erde liegen bei etwa 1.500 Tesla. Neutronensterne mit den stärksten Magnetfeldern werden Magnetare genannt.
Um es klarzustellen: Alle Magnetare und Pulsare sind Neutronensterne, unterscheiden sich aber von ihnen dadurch, dass ihnen typischerweise die von ihren Polen ausgehenden Radiowellenbündel fehlen, die den Eindruck einer Pulsation erwecken. Allerdings sind Magnetare nicht völlig strahlungsfrei; sie sind seit Langem als Quellen schneller Radioblitze (FRBs) bekannt.
Künstlerische Darstellung eines Magnetars, der einen Ausbruch von Röntgen- und Radiowellen durch die Galaxie aussendet. ESA
Radiopulse, ähnlich denen, die das Team in der späten Phase des Pulsars SGR J1935+2154 detektierte, ähneln schnellen Radioblitzen (FRBs), sind aber um ein Vielfaches heller. Wie bereits erwähnt, sind sie ebenfalls charakteristisch für Pulsare, treten jedoch bei Magnetaren seltener auf. Die meisten Magnetare emittieren keine Radiopulse, vermutlich aufgrund ihrer starken Magnetfelder.
Trotzdem können sich manche Magnetare nach einer Phase erhöhter Aktivität kurzzeitig in Pulsare verwandeln. Dies ist wahrscheinlich das, was Zhang und sein Team bei SGR J1935+2154 beobachtet haben.
„Ähnlich wie bei Radiopulsaren werden Magnetarpulse in einem engen Phasenfenster während einer Periode ausgesendet“, erklärte Zhang. „Dies ist ein bekannter Leuchtturmeffekt: Der Strahlungsstrahl durchquert die Sichtlinie einmal pro Periode und nur für kurze Zeit. Dadurch ist die gepulste Radiostrahlung beobachtbar.“
Als im April 2020 FRB 20200428 vom selben Magnetar entdeckt wurde, waren dieser FRB und mehrere darauf folgende, weniger energiereiche Ausbrüche zufällig. Das bedeutet, dass sie nicht innerhalb des präzisen Frequenzbereichs des Pulsars SGR J1935+2154 lagen.
„Dies lässt stark darauf schließen, dass die Pulse und Flares an verschiedenen Stellen innerhalb der Magnetosphäre des Magnetars entstehen, was auf möglicherweise unterschiedliche Emissionsmechanismen zwischen den Pulsen und Flares hindeutet“, fuhr Zhang fort.
Ein mögliches Ergebnis dieser Studie und nachfolgender Arbeiten ist ein besseres Verständnis dafür, warum sich einige FRBs wiederholen und die meisten nicht.
FAST detektierte Tausende wiederkehrender schneller Radioblitze (FRBs) aus denselben Quellen, vermutlich Magnetaren. Im Gegensatz zu Pulsarpulsen weisen diese wiederkehrenden FRBs jedoch kein klares Muster oder eine Periodizität auf. Dies wirft Zweifel an der Annahme auf, dass FRBs von Magnetaren stammen.
„Unsere Entdeckung, dass die Ausbrüche typischerweise in zufälligen Phasen entstehen, liefert eine natürliche Erklärung dafür, warum bei wiederkehrenden schnellen Radioausbrüchen keine Periodizität festgestellt werden kann“, schlussfolgerte Zhang. „Aus unbekannten Gründen werden die Ausbrüche typischerweise in alle Richtungen vom Magnetar ausgesendet, was es unmöglich macht, die Periodizität der Quellen schneller Radioausbrüche zu bestimmen.“
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