Diese Objekte sind 100 Mal heller als sie sein sollten. Beobachtungen des NuSTAR-Röntgenteleskops der Agentur unterstützen eine mögliche Antwort auf dieses Rätsel. Etwa 10 Millionen Mal mehr Energie als die Sonne wird von ungewöhnlichen kosmischen Phänomenen erzeugt, die als ultrahelle Röntgenquellen bezeichnet werden. Tatsächlich scheinen sie die Eddington-Grenze zu überschreiten, eine physikalische Beschränkung dafür, wie leicht eine Substanz basierend auf ihrer Masse sein kann. Das liegt daran, dass sie sehr hell sind. Die Tatsache, dass ultrahelle Röntgenquellen (ULXs) diese Grenze routinemäßig um das 100- bis 500-fache überschreiten, überrascht Wissenschaftler.
In einem neuen Artikel, der im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde, beschreiben die Forscher eine einzigartige ULX-Messung, die mit dem Nuclear Spectroscopic Telescope Array der NASA durchgeführt wurde. (NuSTAR). Die Entdeckung zeigt, dass diese Lichtemitter tatsächlich die Eddington-Grenze überschritten haben und so hell sind, wie sie scheinen. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass es seine intensiven Magnetfelder waren, die die rekordverdächtige Helligkeit des ULX verursachten. Wissenschaftler können diese Theorie jedoch nur anhand von Beobachtungen überprüfen: Die Magnetfelder von ULX können in einem Labor nicht repliziert werden und könnten eine Milliarde Mal stärker sein als die stärksten Magnete, die jemals auf der Erde geschaffen wurden.
Wechselwirkung von Photonen und Erreichen der Eddington-Grenze
Die Photonen, aus denen die Lichtteilchen bestehen, stoßen alles, mit dem sie in Kontakt kommen, leicht ab. Wenn ein kosmisches Objekt wie das ULX genügend Licht pro Quadratmeter aussendet, kann die Schwerkraft des Objekts durch den nach außen gerichteten Schub von Photonen überwunden werden. Wenn dies geschieht, hat ein Objekt die Eddington-Grenze erreicht, und jedes Gas oder andere Material, das zu diesem Zeitpunkt darauf fällt, muss vom Licht des Objekts abgestoßen werden.
Dieser Übergang, bei dem Licht die Schwerkraft überwindet, ist wichtig, da die Helligkeit eines ULX durch darauf fallende Materie verursacht wird. Dies ist eine Eigenschaft von Schwarzen Löchern, die Wissenschaftler häufig beobachten: Wenn die starke Schwerkraft Streugas und Staub anzieht, können sich diese Dinge erwärmen und Licht aussenden. ULXs wurden einst von Wissenschaftlern als schwarze Löcher um leuchtende Gasschätze angesehen. NuSTAR-Messungen aus dem Jahr 2014 zeigten jedoch, dass die ULX, bekannt als M82 X-2, tatsächlich ein weniger massives Objekt ist, ein Neutronenstern. Ähnlich wie Schwarze Löcher entstehen Neutronensterne, wenn Sterne sterben und kollabieren und mehr Masse als unsere Sonne in einer mittelgroßen Stadt, aber in einem größeren Gebiet enthalten.
Zudem unterliegt seine Oberfläche aufgrund der außergewöhnlichen Dichte des Neutronensterns einer etwa 100 Billionen Mal stärkeren Schwerkraft als die der Erde. Gas und andere Materie, die von einer solchen Schwerkraft angezogen werden, beschleunigen sich auf Millionen von Kilometern pro Stunde und setzen große Energiemengen frei, wenn sie auf die Oberfläche des Neutronensterns treffen. (Ein Marshmallow, der auf die Oberfläche eines Neutronensterns fällt, wird ihn mit der Energie von Tausenden von Wasserstoffbomben treffen.) Das Ergebnis ist das hochenergetische Röntgenlicht, das NuSTAR detektieren kann.
Die jüngste Forschung konzentrierte sich auf die ULX im Zentrum der Entdeckung von 2014 und stellte fest, dass M82 X-2 etwa 9 Milliarden Billionen Tonnen Material pro Jahr oder etwa die 1,5-fache Masse der Erde von einem nahe gelegenen Stern stiehlt. Wissenschaftler können vorhersagen, wie hell ULX sein sollte, basierend auf der Menge an Materie, die mit der Oberfläche des Neutronensterns interagiert, und ihre Berechnungen stimmen mit anderen unabhängigen Messungen der Helligkeit von ULX überein. Untersuchungen haben bewiesen, dass der M82 X-2 größer ist als die Eddington-Grenze.
Eine dauerhafte Theorie, die die scheinbare Leuchtkraft dieser Objekte erklären könnte, ohne dass die ULXs die Eddington-Grenze überschreiten müssten, könnte widerlegt werden, wenn Wissenschaftler die Leuchtkraft von mehr ULXs bestätigen können. Diese Theorie geht davon aus, dass starke Winde einen Hohlkegel um die Lichtquelle herum bilden und den größten Teil der Emission in eine einzige Richtung fokussieren. Es basiert auf Studien zu anderen kosmischen Objekten. Wenn der Kegel direkt auf die Erde gerichtet ist, kann er eine optische Täuschung erzeugen, die heller zu sein scheint als die Leuchtkraftgrenze des ULX.
Selbst wenn dies bei einigen ULX der Fall ist, legt eine andere Theorie, die von der neuen Studie unterstützt wird, nahe, dass starke Magnetfelder ungefähr kugelförmige Atome in lange, fadenförmige Formen biegen, wodurch die Fähigkeit der Photonen, Atome abzustoßen, verringert und letztendlich die maximal mögliche Helligkeit eines Objekts erhöht wird.
„Diese Beobachtungen ermöglichten es uns, die Auswirkungen dieser unglaublich starken Magnetfelder zu sehen, die wir mit der derzeitigen Technologie auf der Erde niemals reproduzieren könnten“, sagte Matteo Bachetti, Astrophysiker am Cagliari-Observatorium des Nationalen Instituts für Astrophysik in Italien und Hauptautor der Studie . „Das ist das Schöne an der Astronomie. Indem wir den Himmel beobachten, können wir mehr darüber erfahren, wie der Kosmos funktioniert. Andererseits können wir keine Experimente entwerfen, die unmittelbare Ergebnisse liefern; Stattdessen sollten wir darauf warten, dass der Kosmos seine Geheimnisse enthüllt.
Quelle: jpl.nasa.gov/news
📩 07/04/2023 22:49