Geheimnis der Magnetar-Entstehung gelüftet?

forschung2 — Künstlerische Darstellung vom Materiefluss auf einen Neutronenstern. Material des Begleitsterns sammelt sich in einer Akkretionsscheibe, spiralt auf den Neutronenstern und bewirkt eine immer schnellere Rotation [NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)]

Womöglich ist der Grundmechanismus zur Entstehung exotischer Magnetare, von denen in der Milchstraße gerade etwas mehr als 20 Exemplare bekannt sind, ergründet. Sie können offenbar nur aus Doppelsternsystemen entstehen, aus denen ein Partner bei der finalen Supernova-Explosion weggeschleudert wird.

Das Phänomen der sogenannten Magnetare ist ein noch nicht sehr lange bekanntes Forschungsgebiet der Astrophysik. Überhaupt erst vor wenigen Jahrzehnten entdeckt, ist bei dieser besonderen Klasse von Neutronensternen noch vieles in Bezug auf Entstehung oder auch Aufbau nicht verstanden. Neutronensterne entstehen nach den gängigen Theorien beim Kollaps von Sternen mit einer Kernmasse von etwa 1,4 bis 3 Sonnenmassen im Rahmen einer Supernova. Sie haben dann einen typischen Durchmesser von lediglich etwa 10km bis 20km und weisen ein extrem starkes Magnetfeld auf. Diese ergibt sich auf Grundlage der Gesetze der Elektrodynamik, wonach das Produkt aus Sternquerschnitt und Magnetfeld beim Kollaps des Vorläufersterns konstant bleibt.

Aufgrund der Drehimpulserhaltung rotieren Neutronensterne unmittelbar nach dem Kollaps mit Rotationsperioden im Millisekundenbereich. Ein Magnetar entsteht aber nur dann, wenn die Rotationsperiode unter 10 ms liegt und der Vorläuferstern ein relativ starkes Magnetfeld besaß – andernfalls entsteht ein gewöhnlicher Neutronenstern bzw. Pulsar. Die Ursache sind Konvektionszonen in der ultradichten Neutronenmaterie, die unmittelbar nach dem Kollaps mit hohen Rotationsperioden rotieren. Rotiert der Gesamtstern schneller, so setzt ein Dynamoeffekt ein, der die enorme kinetische Energie der Konvektionswirbel in Magnetfeldenergie umwandelt. Immer wieder jedoch finden sich auch Beispiele von Magnetaren, deren Existenz nur schwer mit den gängigen Annahmen in Einklang gebracht werden konnten. Eines solcher Beispiele ist der Magnetstern CXOU J1647-45. Sein Vorgängerstern besaß einst die 40-fache Sonnenmasse.

Gewöhnlich vergehen solche Riesensterne zu einem Schwarzen Loch und lassen dementsprechend keinen magnetischen Neutronenstern zurück. Der Kniff, die Anwesenheit des Magnetaren zu begründen, liegt möglicherweise in einem zuvor unbekannten Partner, mit dem die sterbende Sonne im Materieaustausch stand. Der ehemalige Begleitstern scheint inzwischen ausfindig gemacht worden zu sein. Durch die Wucht der Supernova-Explosion aus dem Binärsystem herausgeschleudert, entfernt er sich mit hoher Geschwindigkeit aus der Magnetar-Nachbarschaft.

Zu einer früheren Zeit muss der spätere Neutronenstern von seinem Kompagnon Materie abgezogen haben, was zu einer erhöhten Rotation des aufsaugenden Sterns geführt hat, die wiederum eine zentrale Voraussetzung (Rotationsperiode unter 10 ms) bei der Entstehung eines Magnetars ist. Die vor dem Hintergrund der weiteren Massenaufnahme immer weiter verkürzte Rotationsperiode hatte schließlich ein Abstoßen der äußeren Sternhülle zur Folge. Dieser Verlust an Masse war ausreichend, um der Sternleiche das Schicksal des Kollapses zum Schwarzen Loch zu ersparen. Spuren der einstmals abgestoßenen Hülle wurden jüngst auf dem ehemaligen Begleitstern nachgewiesen.

Lars-C. Depka

Originalarbeit (PDF):