Durchbruch beim Rätsel um Magnetare: Die Neutronensterne erscheinen komplexer als zunächst angenommen

Das Lovell-Teleskop in Jodrell Bank hat es einem internationalen Forscherteam ermöglicht, einen bedeutenden Durchbruch bei der Erforschung des ungewöhnlichen Verhaltens eines Magnetars zu erzielen. Magnetare sind eine Art von Neutronenstern mit einem extrem starken Magnetfeld; man vermutet, dass sie für viele schnelle Radioausbrüche verantwortlich sein könnten.

Beobachtungen der Radioemission von XTE J1810-197, einem bisher ruhenden Stern in 8000 Lichtjahren Entfernung, zeigen, dass er stark polarisiertes und sich schnell veränderndes Licht aussendet und dass die Wechselwirkungen an der Oberfläche des Sterns komplizierter sind, als theoretische Erklärungen vermuten lassen.

Im Auge behalten

XTE J1810-197 ist nur einer der wenigen bekannten Magnetare, die Radioimpulse erzeugen, denn dieses Verhalten ist extrem selten. Erstmals 2003 wurde beobachtet, dass er Radiosignale aussendet, bevor er für das nächste Jahrzehnt wieder verstummte. 2018 wurden die Signale erneut vom 76-Meter-Lovell-Teleskop entdeckt.

Forscher der University of Manchester, des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie, der CSIRO und der University of Southampton haben seitdem mit den Lovell-, Effelsberg- und Murriyang-Teleskopen ein wachsames Auge auf ihn geworfen.

"Es war entscheidend, den Magnetar mit Radioteleskopen weiter zu beobachten, auch wenn er ausgeschaltet war, damit wir ihn direkt nach dem Radioausbruch aufnehmen konnten", erklärt Dr. Lina Levin Preston, wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Universität Manchester.

"Dies ist das erste Mal, dass wir über Daten verfügen, die zum richtigen Zeitpunkt dicht genug sind, um diese Präzession und ihre Dämpfung nachweisen zu können, was durch jahrelange Beobachtung dieser Quelle mit großen Radioteleskopen, einschließlich des Lovell-Teleskops in Jodrell Bank, möglich wurde."

Signifikante Veränderungen

Das Team beobachtete signifikante Veränderungen in den vom Magnetar ausgehenden Radiosignalen, insbesondere in der Art und Weise, wie das Licht polarisiert war, was darauf hindeutet, dass die Radiostrahlung des Magnetars ihre Richtung im Verhältnis zur Erde veränderte.

Man nimmt an, dass dies durch die freie Präzession verursacht wurde, bei der der Magnetar aufgrund kleiner Asymmetrien in seiner Struktur leicht taumelt, wie ein Kreisel. Dieses Taumeln nahm unerwartet schnell über einen Zeitraum von einigen Monaten ab, bevor es schließlich ganz aufhörte. Dies widerspricht der Annahme vieler Astronomen, dass wiederholte schnelle Radioausbrüche durch Magnetare verursacht werden könnten, die einer Präzession unterliegen.

"Wir haben erwartet, dass wir einige Variationen in der Polarisation der Emission dieses Magnetars sehen würden, da wir dies von anderen Magnetaren kannten, aber wir haben nicht erwartet, dass diese Variationen so systematisch sind und genau dem Verhalten folgen, welches durch das Taumeln des Sterns verursacht wird", erklärt Gregory Desvignes vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Hauptautor einer der beiden in Nature Astronomy veröffentlichten Arbeiten.

Aber warum sich die zirkuläre Polarisation ändert, bei der sich das Licht auf seinem Weg durch den Raum spiralförmig zu bewegen scheint, bleibt unklar.

"Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich über dem Magnetar ein überhitztes Plasma befindet, das wie ein Polarisationsfilter wirkt", sagt Dr. Marcus Lower, ein Postdoktorand, der die australische Forschungsarbeit mit Murriyang, dem Parkes-Radioteleskop des CSIRO, geleitet hat. "Wie genau das Plasma dies tut, muss noch ermittelt werden."

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass exotische physikalische Prozesse an der Erzeugung der Radiowellen beteiligt sind, die wir mit empfindlichen Radioteleskopen nachweisen können. Außerdem haben wir gelernt, dass Magnetare ultrastarke Magnete im Weltraum sind, die sich auf komplizierte Weise drehen", fügt Patrick Weltevrede hinzu, Mitautor beider Arbeiten und Senior Lecturer in Pulsar-Astrophysik in Manchester.

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Quelle:

Lower, M. E., Johnston, S., Lyutikov, M. et al. (2024) Linear to circular conversion in the polarized radio emission of a magnetar. Nature Astronomy.

Desvignes, G., Weltevrede, P., Gao, Y. et al. (2024) A freely precessing magnetar following an X-ray outburst. Nature Astronomy.