Der Ausbruch eines megamagnetischen Sterns erhellt eine Nachbargalaxie

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Mit Hilfe von ESA-Satelliten hat ein internationales Team, dem auch die Universität Genf angehörte, einen gigantischen Ausbruch eines Magnetars, eines extrem magnetischen Neutronensterns, entdeckt.

Der Ausbruch eines megamagnetischen Sterns erhellt eine Nachbargalaxie
Während der ESA-Satellit INTEGRAL den Himmel beobachtete, entdeckte er einen Ausbruch von Gammastrahlung - hochenergetischen Photonen - aus der Nachbargalaxie M82. Einige Stunden später suchte das Röntgen-Weltraumteleskop XMM-Newton der ESA nach einem Nachglühen dieses Ausbruchs, konnte jedoch kein solches finden. Ein internationales Team, dem auch Wissenschaftler der Universität Genf angehörten, kam zu dem Schluss, dass es sich um eine extragalaktische Eruption handeln müsse, die von einem Magnetar ausging, einem jungen Neutronenstern mit einem außergewöhnlich starken Magnetfeld. Die Entdeckung wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Am 15. November 2023 ortete der ESA-Satellit INTEGRAL eine plötzliche Explosion, die von einem seltenen Objekt ausging. Für nur eine Zehntelsekunde erschien ein kurzer Ausbruch energiereicher Gammastrahlung am Himmel. ’Die Daten des Satelliten wurden vom INTEGRAL Scientific Data Center (ISDC) empfangen, das auf dem Ecogia-Gelände des Astronomischen Instituts der Universität Genf angesiedelt ist, von dort’.von wo aus nur 13 Sekunden nach der Entdeckung eine Warnung vor einem Gammastrahlenausbruch an Astronomen auf der ganzen Welt gesendet wurde’, erklärt Carlo Ferrigno, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Departement für Astronomie der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf, Leiter des ISDC und Mitautor der Veröffentlichung.

Die IBAS-Software (Integral Burst Alert System) lieferte eine automatische Lokalisierung, die mit der Galaxie M82 in 12 Millionen Lichtjahren Entfernung übereinstimmte. Dieses Warnsystem wurde von Wissenschaftlern und Ingenieuren der Universität Genf in Zusammenarbeit mit Kollegen im Ausland entwickelt und wird von ihnen betrieben.

Ein seltsames Signal aus einer benachbarten Galaxie -

’Wir erkannten sofort, dass es sich um einen besonderen Alarm handelte. Gammastrahlenausbrüche können aus sehr weit entfernten Regionen und von jedem beliebigen Ort am Himmel kommen, aber dieser Ausbruch kam von einer nahen, hellen Galaxie’, erklärt Sandro Mereghetti vom Nationalen Institut für Astrophysik (INAF-IASF) in Mailand, Italien, Hauptautor der Veröffentlichung und IBAS-Beitragender. Das Team wies sofort das XMM-Newton-Weltraumteleskop der ESA an, so bald wie möglich eine Folgebeobachtung des Ortes des Ausbruchs durchzuführen. Hätte es sich um einen kurzzeitigen Gammastrahlenausbruch gehandelt, der durch die Kollision zweier Neutronensterne verursacht wurde, hätte die Kollision Gravitationswellen und ein Restglühen im Röntgenbereich und im sichtbaren Licht erzeugt.

"In den letzten 50 Jahren wurden nur drei Riesenausbrüche als von Magnetaren aus unserer Galaxie stammend identifiziert."

Die XMM-Newton-Beobachtungen zeigten jedoch nur das heiße Gas und die Sterne der Galaxie. Mithilfe von erdgebundenen optischen Teleskopen, darunter das italienische Galileo-Teleskop und das französische Observatoire de Haute-Provence, suchte das Team nur wenige Stunden nach der Explosion auch nach einem sichtbaren Lichtsignal, aber auch hier wurde nichts entdeckt. Da es weder ein Signal im Röntgenbereich noch im sichtbaren Licht gab und auch keine Gravitationswellen von den Detektoren auf der Erde (LIGO/VIRGO/KAGRA) gemessen wurden, ist die sicherste Erklärung, dass das Signal von einem Magnetar stammte.

Magnetare: megamagnetische Sterne, die vor kurzem gestorben sind

’Wenn Sterne, die massereicher als das Achtfache der Sonne sind, sterben, explodieren sie in einer Supernova und hinterlassen ein schwarzes Loch oder einen Neutronenstern. Neutronensterne sind sehr kompakte Sternüberreste, deren Masse die der Sonne übersteigt und die in einer Kugel von der Größe des Kantons Genf konzentriert sind. Sie rotieren schnell und haben starke Magnetfelder’, erklärt Volodymyr Savchenko, wissenschaftlicher Assistent am Departement für Astronomie der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf und Koautor der Veröffentlichung. Einige junge Neutronensterne besitzen sehr starke Magnetfelder, die mehr als 10.000 Mal größer sind als die von typischen Neutronensternen. Diese Sterne werden als ’Magnetar’ bezeichnet. Sie strahlen Energie in Form von Eruptionen aus, die manchmal gigantisch sind - -.


In den letzten 50 Jahren der Gammastrahlenbeobachtung wurden jedoch nur drei gigantische Eruptionen als von Magnetaren aus unserer Galaxie stammend identifiziert. Diese Eruptionen sind sehr stark: Eine davon, die im Dezember 2004 entdeckt wurde, ereignete sich in 30.000 Lichtjahren Entfernung von der Erde, war aber stark genug, um die oberen Schichten der Erdatmosphäre zu beeinflussen, wie es Sonneneruptionen tun, die von Regionen ausgehen, die uns viel näher sind.

Der von INTEGRAL erfasste Ausbruch ist die erste feste Bestätigung eines Magnetarausbruchs außerhalb der Milchstraße. M82 ist eine helle Galaxie, die reich an Sternkinderstuben ist. In diesen Regionen werden massereiche Sterne geboren, leben ein kurzes, turbulentes Leben und hinterlassen einen Neutronenstern. ’Die Entdeckung eines Magnetars in dieser Region bestätigt, dass es sich bei den Magnetaren wahrscheinlich um junge Neutronensterne handelt’, fügt Volodymyr Savchenko hinzu. Die Suche nach weiteren Magnetaren wird in anderen extragalaktischen Sternentstehungsgebieten fortgesetzt werden, um diese außergewöhnlichen astronomischen Objekte besser zu verstehen. Wenn die Astronomen noch viel mehr davon finden, können sie anfangen zu verstehen, wie häufig diese Ausbrüche auftreten und wie Neutronensterne während dieses Prozesses Energie verlieren.

INTEGRAL, ein Schlüsselinstrument im Wettlauf mit der Zeit

Eruptionen von so kurzer Dauer können nur durch Zufall erfasst werden, wenn ein Beobachtungsinstrument bereits in die richtige Richtung ausgerichtet ist. Deshalb ist INTEGRAL mit seinem Sichtfeld, das größer ist als das 3000-fache der vom Mond bedeckten Himmelsfläche, so wichtig für solche Entdeckungen.

Carlo Ferrigno erklärt: "Unser automatisches Datenverarbeitungssystem ist sehr zuverlässig und ermöglicht es uns, die Gemeinschaft sofort zu alarmieren. Wenn unerwartete Beobachtungen wie diese entdeckt werden, können INTEGRAL und XMM-Newton ihre Programme flexibel gestalten, was bei Entdeckungen, bei denen die Zeit eine entscheidende Rolle spielt, von entscheidender Bedeutung ist. Im vorliegenden Fall hätte es, wenn die Beobachtungen auch nur einen Tag später gemacht worden wären, keine so starken Beweise dafür gegeben, dass es sich tatsächlich um einen Magnetar und nicht um einen gewöhnlichen Gammastrahlenausbruch handelte.

24. Apr. 2024