Eine astronomische Kanonenkugel – der Neutronenstern PSR J0002+6216

Im Universum gibt es nicht viele Arten von Objekte, die noch extremer sind als Neutronensterne. Doch die folgende Aufnahme, deren Entdeckung dank Citizen Science zustande kam, hat es in sich. Wie wäre es also mit einem Neutronenstern, der einen galaktischen Nebel durchschlug und dabei einen sichtbaren Streifen hinter sich herzog?

Der Neutronenstern, das Ende einer Ära

Neutronensterne, das waren einmal sehr massereiche Sterne, die ihr Leben quasi im Schnelldurchlauf passierten und mit einem grossen Knall ihren Abschied gaben. Bei dieser Explosion, einer Supernova Typ II oder auch Kernkollaps Supernova genannt, zieht sich zuerst der Stern unter seiner eigenen Gravitation blitzartig zusammen. Dies rührt daher, dass im Innern des Stern die Kernfusion nicht mehr weitermachen kann, da alles Brennmaterial aufgebraucht wurde. Vereinfacht gesagt, halten sich in einem stabilen Stern der Strahlungsdruck der Kernfusion und die Gravitation die Waagschale.

Fällt der Gegendruck durch die Kernfusion aber weg, steht der Gravitation nichts mehr im Weg. Der Stern wird zusammenzugepresst. Dieser Kollaps ist so extrem, dass sogar die Elektronen in die Atomkerne hereingepresst werden. Dadurch bleiben nur noch elektrisch neutrale Neutronen übrig, welche sich nicht mehr gegenseitig abstossen und somit viel näher aneinanderrücken können, als es bei gewöhnliche Atomen der Fall ist. Dadurch wird ein Neutronenstern viel dichter als ein gewöhnlicher Stern. Der Neutronenstern hat etwa noch einen Durchmesser von 10 Kilomenter, was etwa Mannheim entspricht. Dabei enthält dieser Stern aber etwa eine bis zwei Sonnenmassen (was widerrum 300’000 bis 600’000 Erdmassen oder zwei bis vier Quadrilliarden Tonnen entspricht).

Ein Grosser Knall

Der Neutronenstern ist geboren. Nach der Implosion folgt der eigentliche Knall. Der Stern setzt gewaltige Energien frei und wirft seine Schale ab, welche noch Jahrtausende später beobachtet werden kann. Der berühmte Krabbennebel ist ein typisches Beispiel eines ebensolchen Überrests einer Supernova.

Die Neutronenstern Kanone, fertig zum abfeuern

Häufig finden wir in solchen Nebeln dann auch ein Neutronenstern, wie es auch im Krabbennebel der Fall ist. Falls die Explosion aber sehr asymmetrisch stattfindet, kann der Neutronenstern sprichwörtlich herausgefeuert werden. Wie das im nächsten Bild eindrücklich ersichtlich wird.

In diesem Bild sehen wir den kugelförmigen Nebel, sowie einen nadelförmigen Streifen, an dessen Spitze sich ein Neutronenstern befindet. Denken wir uns diesen Streifen in Richtung Nebel zurück, dann sehen wir, dass dieser genau zur Mitte der Schale zeigt. Es ist also einfach anzunehmen, dass der Neutronenstern sich früher im Zentrum der Schale befand.

Wir kennen jetzt also den Tatort und können die Geschichte des Sternes rekonstruieren. Sie lautet in etwa so: Vor 10’000 Jahren explodierte ein massereiche Stern, der circa zehn mal so schwer war wie die Sonne, als Kernkollaps Supernova. Der Stern warf dabei seine Schale ab und wurde selbst durch die asymmetrische Explosion abgefeuert. Anfänglich dehnte sich die kugelförmige Schale jedoch schneller aus als sich der Neutronenstern bewegte. Durch interstellares Material wurde die Schale aber so stark abgebremst, bis der Neutronenstern vor etwa 5000 Jahren die Schale doch noch überholte und komplett durchschlug. Der Neutronenstern führte dannach 5000 weitere Jahre schnurstracks seinen Weg fort und befindet sich nun an der Position, an der wir ihn heute sehen. Seit der Neutronenstern die Schale durschlug, hinterlässt er einen eindrücklichen Streifen, der verblüffende Ähnlichkeiten zu Kondensstreifen von Flugzeugen aufweist.

Im Moment fliegt der Neutronenstern mit einer Geschwindigkeit von etwa 1100 km/s durch die Galaxie. Dies ist eine aussergewöhnlich hohe Geschwindigkeit für einen Stern, denn die meisten Sterne in der Milchstrasse weisen eine Geschwindigkeit von etwa 200 km/s auf. Diese hohe Geschwindigkeit führt zu noch einem weiteren faszinierenden Ergebnis: da sich der Stern schneller bewegt als die Fluchtgeschwindigkeit der Milchstrasse beträgt, wird er irgendwann einmal unser galaktisches System verlassen und nie wieder zurückkehren.

Lebe Wohl, PSR J0002+6216.

Citizen Science, ein Segen für die Wissenschaft und alle können mitmachen

Im übrigen kann jeder und jede dazu beitragen, dass solche oder ähnlich spannende Objekte entdeckt werden. Dieser Neutronenstern wurde mithilfe des sogenannten Einstein@Home Projekt gefunden. Bei diesem Projekt wird der eigene Computer der Wissenschaft zur Verfügung gestellt, wenn man ihn gerade nicht braucht, um wissenschaftliche Daten von LIGO – dem Gravitationswellendetektor – oder anderen Instrumenten auszuwerten. Das Interesse geweckt? Dann nichts wie los, schon über 500’000 Personen haben sich angemeldet!

Literatur:

News Release der NRAO.

Dieser Artikel ist eine überarbeitete Version eines Blogeintrags auf meinem alten Astronomie Blog.