Tote Sterne sind ja an sich schon ziemlich seltsame Objekte (na ja, eigentlich sind Sterne an sich schon ausreichend außergewöhnlich und beeindruckend). Wenn ein Stern am Ende seines Lebens mangels Brennstoff der Gravitationskraft seiner eigenen Materie nichts mehr entgegensetzen kann und immer weiter kollabiert, dann entstehen Himmelskörper mit grotesken Eigenschaften. Was dann vom Stern übrig bleibt ist, je nachdem wie groß die ursprüngliche Masse war, ein weißer Zwerg, ein Neutronenstern oder ein schwarzes Loch. Immer handelt es sich dabei um Objekte die wesentlich dichter sind als alles, was wir aus dem Alltag kennen. In einem Neutronenstern ist beispielsweise die Masse eines ganzen Sterns auf eine Kugel von knapp 20 Kilometer Durchmesser komprimiert worden. Die Masse eines Sterns auf der Größe einer normalen Stadt… das kann ja kaum noch seltsamer werden. Kann es schon: Und zwar wenn es um Magnetare. Das sind Neutronensterne, die ein unvorstellbar starkes Magnetfeld haben. Das Magnetfeld der Erde beträgt 30 bis 50 Mikrotesla, je nachdem wo man sich befindet. Auf der Sonne kann das Magnetfeld deutlich stärker werden, bis zu 0,5 Tesla und ist damit so stark wie das eines starken Neodym-Magneten, den man überall kaufen kann. Das Magnetfeld eines normalen Neutronensterns dagegen beträgt ein paar hundert Millionen Tesla! Und das Magnetfeld eines Magnetars kann nochmal bis zu 1000 Mal stärker sein! Magnetare sind die am stärksten magnetischen Objekte im Universum und noch kaum verstanden. Aber jetzt hat man endlich ein bisschen mehr über ihr Entstehung herausgefunden.
Der erste Magnetar wurde im Jahr 1998 entdeckt und bis heute haben wir kaum zwei Dutzend der seltsamen Objekte in unserer Milchstraße entdeckt. Ihr starkes Magnetfeld entsteht, wenn beim Kollaps des ursprünglichen Sterns bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Der neu entstehende Neutronenstern muss sich äußerst schnell drehen und darf für eine Rotation um seine Achse nicht länger als ein paar Millisekunden brauchen. Dann rotiert er schneller als die Konvektionsströmungen der Materie in seinem Inneren und es kann sich ein Dynamo-Effekt ausbilden, so ähnlich wie bei der Erde, wo es ja auch die Rotation im Zusammenspiel mit den Strömungen aus flüssigen Metall im Erdinneren ist, die das Magnetfeld erzeugen. War das Magnetfeld des Ausgangssterns groß genug, kann durch den Dynamo-Effekt bei der schnellen Rotation das extrem starke Magnetfeld eines Magnetars entstehen.
So entsteht das Magnetfeld. Aber wie entstehen die Magnetare selbst? Die Supernova-Explosionen die dem Gravitationskollaps eines sterbenden Sterns vorausgehen und die Entstehung von Neutronensternen und schwarzen Löchern dachte man eigentlich schon halbwegs gut verstanden zu haben. Und deswegen war auch der Magnetar mit dem schönen Namen CXOU J164710.2-45516, der 2006 im Sternhaufen Westerlund 1 gefunden wurde, so ein großes Rätsel. Untersuchungen des Neutronensterns und der Sterne in seiner Umgebung zeigten damals, dass der Vorläuferstern aus dem der Magnetar entstand mindestens 40 Mal so schwer gewesen sein muss, wie unsere Sonne. Und aus so großen Sternen entstehen normalerweise schwarze Löcher und keine Neutronensterne! Warum in diesem Fall trotzdem ein Magnetar übrig bliebt, war unbekannt.
Bis Wissenschaftler aus Großbritannien, Spanien und Deutschland nochmal genau hingesehen haben und in Westerlund 1 einen ganz besonderen Stern entdeckt haben. Er heißt CI* Westerlund 1 W 5 (oder kurz „Wd1-5“) und ist ein sogenannter „Schnellläufer“. Das heißt, er bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit durch den Sternhaufen; viel schneller als es für solche Sterne normalerweise üblich ist (solche hyperschnellen Sterne gibt es auch anderswo). Irgendetwas muss also dafür gesorgt haben, dass Wd1-5 so schnell wurde und dieses etwas könnte durchaus eine große Supernova-Explosion gewesen sein.
Die Astronomen gehen nach ausführlichen Beobachtungen und Untersuchungen der Eigenschaften und Zusammensetzung von Wd1-5 davon aus, dass dieser Stern früher einmal Teil eines Doppelsternsystems gewesen sein muss. Er war wahrscheinlich genau der Partnerstern des Vorgängersterns von CXOU J164710.2-45516, dem mysteriösen Magnetar. Dessen Entstehung scheint nun ungefähr so abgelaufen zu sein: Zuerst waren da einfach nur zwei Sterne, einer von ihnen besonders massereich. Da er wegen der größeren Masse auch schneller brennt, nähert er sich als erster dem Ende seines Lebens. Er bläht sich langsam auf und weil die beiden Sterne sich so nahe sind, werden die äußeren Schichten seiner Atmosphäre vom Partnerstern aufgenommen. Dieser leichtere Stern, aus dem später einmal unser Magnetar werden soll, beginnt sich dank der Extramasse nun immer schneller zu drehen (ohne schnelle Rotation gibt es ja keine Magnetare). Die Extramasse sorgt aber auch dafür, dass er selbst das Ende seines Lebens schneller erreicht und nun seinerseits Material ins All hinaus schleudert. Dadurch verlor er genug Masse, um als Neutronenstern zu enden und nicht wie eigentlich erwartet, als schwarzes Loch. Und der Austausch von Material zwischen den beiden Sternen hat bei Wd1-5 die besondere chemische Zusammensetzung erzeugt, die man beobachtet hat und die uns verrät, was früher dort abgelaufen sein muss. Bei der großen Supernova-Explosion die den Magnetar erzeugte wurde Wd1-5 schließlich hinaus ins All geschleudert wo wir ihn heute gefunden haben.
Unsere Sonne gehört ja zur Minderheit der Einzelsterne in der Milchstraße und wir befinden uns in einer Gegend mit vergleichsweise geringer Sternendichte. Zum Glück: Denn wie man nun wieder einmal sieht können höchst seltsame Dinge passieren, wenn sich die Sterne zu nahe kommen…
Hallo,
ich hätte zwei Fragen:
1) Wenn ein Stern in sich zusammenfällt, würde ich mal annehmen, das er sich schneller dreht. Wd1-5 erhält mehr Masse, müsste demnach auch größer werden – und dreht sich trotzdem schneller? Woran liegt das?
2) Wie kann eine Supernova einen Stern wegschleudern?
Danke schonmal 🙂
Moredread
Ich bin von der Beschreibung etwas verwirrt:
Zuerst waren da einfach nur zwei Sterne, einer von ihnen besonders massereich. […]
Dieser leichtere Stern, aus dem später einmal unser Magnetar werden soll, beginnt sich dank der Extramasse nun immer schneller zu drehen.
Hm, der spätere Magnetar hat also sein Lebensende eigentlich noch nicht erreicht, aber der schwerere Stern Wd1-5 schon? Warum sehen wir dann Wd1-5 jetzt noch als Schnellläufer durch den Sternenhaufen ziehen, während der leichtere Stern sich bereits durch etwas Extramasse von Wd1-5 in einen Magnetar verwandelt hat?
@Silava: „Warum sehen wir dann Wd1-5 jetzt noch als Schnellläufer durch den Sternenhaufen ziehen, während der leichtere Stern sich bereits durch etwas Extramasse von Wd1-5 in einen Magnetar verwandelt hat?“
Naja, der schwere Stern gab Masse an den leichten; also wurde der leichte zum schweren und der schwere zum leichten…
Also dreht sich ein Neutronenstern mit 20 km Durchmesser mit ~ 62000 km/s um sich selbst? Das entspräche doch etwa 1/5 der Lichtgeschwindigkeit. Faszinierend, dass es den Stern durch die dabei auftretenden Fliehkräfte nicht einfach zerstört.
@Moredread
zu 1): Die einfallende Masse spiralt auf den Stern hinunter und gibt ihm mehr Drehimpuls. Wenn er dann dann kollabiert, bleibt der Drehimpuls erhalten: da der Radius schrumpft, muss die Geschwindigkeit zunehmen, wie bei einer Eiskunstläuferin, die bei der Priouette die Arme anzieht. Es gibt auch Fälle, wo ursprünglich langsam rotierende Pulsare durch Materiezufluss beschleunigt wurden. Es spielt keine Rolle, ob die Materie dem Stern vor oder nach der Explosion zufließt, der Impulsübertrag ist der gleiche.
zu 2.) Supernova-Explosionen sind oft asymmtrisch und können dem verbliebenen Sternenrest einen ordentlich Kick geben. Es sind mehrere Fälle bekannt, wo der Pulsar mit großer Geschwindigkeit vom Explosionsort fortgeschleudert wurde.
Ich hätte mal eine Frage zu schwarzen Löchern. Wenn ein Stern in sich zusammenfällt bei einer Supernovaexplosion, dann gibt es ja irgendwann eine Gegenkraft die dadurch entsteht, dass zwei Elektronen die gleiche Quantenzahlen annehmen wollen, was nach dem Pauli-Prinzip ja nicht geht. Wenn jetzt ein Stern zu einem schwarzen Loch kollabiert wird dann das Pauli-Prinzip ignoriert? bzw gibt es dann genug Energie um es aufzuheben?
Hallo Alderamin,
die Antwort zu 1 ist einleuchtend, danke dafür. Die Antwort zu 2 ist auch einleuchtend, allerdings steht im Text, das die Supernovaexplosion einen anderen Stern weggeschleudert hat. Ich zitiere mal:
„Bei der großen Supernova-Explosion die den Magnetar erzeugte wurde Wd1-5 schließlich hinaus ins All geschleudert wo wir ihn heute gefunden haben.“
Wenn ich an Sterne denke, die wild durch die Gegend vagabundieren, denke ich eher an so etwas wie ein stellares „swing-by-Manöver“, weniger an Explosionen. Wie kann die Supernova-Explosion des Stern A den Stern B auf eine (dazu noch schnelle) Reise schicken?
@Pumba
Erst schiebst du die Elektronen (oder irgendwas anderes mit halbzahligen Spin, also Fermionen) auf höhere Energien.
Du kannst die Elektronen mit inversen Betazerfall wegbekommen. Sprich: Aus einem Proton und einem Elektron wird ein Neutron und ein Elektronneutrino. Das ist der Übergang zum Neutronenstern. Und die Neutronen sind wiederum ein anderes Teilchen (aber ebenfalls ein Fermion) und entarten bei bedeutend höheren Dichten.
Außerdem macht der Entartungsdruck das weitere Verdichten nur sehr schwer, mit genug Druck wird das weiterhin dichter. Und irgendwann sollte es für einen Ereignishorizont reichen.
Schau mal hier https://en.wikipedia.org/wiki/Chandrasekhar_limit
@Moredread
Ich hab‘ aus dem Text verstanden, dass die Explosion aus dem Stern den Magnetar (Wd1-5) gemacht hat, und diese Supernova ihn per Rückstoßprinzip fortgeschleudert.
Es ist auch möglich, dass durch den Massenverlust des explodierenden Sterns ein leichter Begleitstern oder Planet seine Umlaufbahn verlässt, aber dann ist er nicht so schnell unterwegs.
@Moredread:
In einem Doppelsternsystem kreisen beide Partner umeinander, weil sie sich gegenseitig anziehen. Wenn einer der beiden Partner durch ein schnell auftretendes Ereignis (… mmmm … z.B. eine Sternexplosion) plötzlich weniger Masse hat, bekommst du denselben Effekt wie den eines gerissenen Seils, mit dem du eine Masse im Kreis über deinem Kopf wirbeln läßt: das Ding fliegt weg. Es ist also nicht – wie man sich vielleicht vorstellt – eine Art „Kick“, die den anderen Stern „wegtritt“, sondern eher ein plötzlich ohe Halt auseinanderfliegendes Pirouettenpärchen von Sternen.
Ich hoffe, das ist anschaulich genug.
@Alderamin: kommt darauf an, wie schnell sich die Partner umkreisen. Bei engen Partnern, die nahe der Roche-Grenze tanzen, sollte das recht schnell sein können.
@Bullet
Das Problem ist, die Masse des explodierten Sterns ist ja nicht komplett weg (ein guter Teil schon) und die des Begleiters auch nicht, d.h. der wegdriftende Begleiter wird bei seiner Flucht noch abgebremst (bei zwei gleich großen Sternen beispielsweise muss der explodierende ohnehin mindestens knapp 60% seiner Masse verlieren, damit der Begleiter überhaupt weg kommt; ok, das schafft eine Supernova schon, aber es bleibt ein Rest von ein paar Sonnenmassen übrig).
Eine richtige Rakete wie bei einer asymmetrischen Explosion kommt dann wohl nicht heraus.
@JaJoHa
Danke für die Antwort hat sehr geholfen 😀
Wer mal eine anschauliche Beschreibung der Zustände auf einem Neutronenstern (inkl. Magnetismus und die Schwierigkeit, sich darin zu bewegen, Fallbeschleunigung im Bereich Giga-g, wie beobachtet man das aus der Nähe, ohne von den Gezeitenkräften zerissen zu werden, …) lesen will, dem kann ich nur „Dragon’s Egg“ (Deutsch „Das Drachenei“) von Robert L. Forward empfehlen.
Vorsicht: das ist richtig „harte“ Science Fiction (hard SF).
Danke Aldemarin, das leuchtet ein.
Danke, interessanter Artikel!
Ich wusste gar nicht, dass Einzelsterne die Ausnahme in der Milchstraße sind, dachte bisher immer, die sind die Regel… wieder was gelernt 🙂
@Eos
Etwa die Hälfte der Fixsterne, die man am Himmel sieht, sind in Wahrheit doppelt oder mehrfach. Etwa 2/3 aller physischen Sterne sind daher Teil eines Mehrfachsystems.
Übrigens scheint man ein Geschwister der Sonne gefunden zu haben, was angesichts der Tatsache, dass der Sternhaufen, in dem die Sonne vor 4,5 Milliarden Jahren entstand, schon nach wenigen 100 Millionen Jahren auseinandergefallen sein sollte, sehr erstaunlich ist.
Sehr schöner Artikel,
aber kann jemand erklären wie man das Magnetfeld eines Neutronensterns misst?
Viele Größen lassen sich ja aus direkter Beobachtung ableiten, aber das geht bei einem Magnetfeld ja erst mal nicht, oder?
1. Wurde nun der Schnellläufer W1-5 zum Magnetar oder sein Partnerstern, der Masseriese mit 40 Sonnenmassen, der W1-5 erst zum Schnellläufer machte?
2.War denn der Masseverlust von W1 hoch genug, dass er zum Magnetar wurde -obwohl doch der kleinere W1-5 den Bewegungsimpuls erhielt- und nicht gleich zum schwarzen Loch, das doch schon ab 4 Sonnenmassen entsteht?
@Josef Münz: Der Partnerstern von W1-5 wurde zum Magnetar.
@PapaSchlumpf
Auf jeden Fall genutzt wird der Zeeman-Effekt, mit dem man auch Magnetfelder von normalen Sternen und der Sonne messen kann. Möglicherweise gibt es auch noch andere Verfahren.
@ Alderamin #17
Danke für die Info!
Ehrlich gesagt hab ich mich eh schon gewundert, weil Florian Mehrfachsternsysteme recht oft erwähnt, und in meiner Vorstellung war das so was seltenes, dabei ist das also die Regel und nicht die Ausnahme!
@ Eos :
Ein richtig ausgefallenes Exemplar kanst Du im Sternbild Zwillinge beobachten. Der Stern ‚Castor‘ ist ein 6-fach System, bei dem sich drei Paare umkreisen.
Eine Nummer kleiner geht es im Sternbild Leier zu. Epsilon Lyra besteht aus zwei Paare die sich umkreisen, somit ein 4-fach System.
@eos
Oder Mizar, der mittlere Stern in der Deichsel des großen Wagens, der ist schon mit bloßem Auge doppelt (Alkor ist der kleine Begleiter, wobei lange nicht klar war, ob er wirklich an Mizar gebunden ist). Im Amateurteleskop ist Mizar selbst doppelt, Komponenten A und B. Und wenn man das Spektrum von A und B näher untersucht, sieht man, dass die Spektrallinien sich zyklisch verdoppeln, also kreisen da jeweils 2 Sterne eng umeinander und man sieht den sich ändernden Dopplershift durch die radiale Bewegung auf den Beobachter zu oder von ihm weg. Man nennt so etwas einen sepktroskopischen Doppelstern.
Und weil’s so schön ist, ist Alkor selbst ebenfalls ein spektroskopischer Doppelstern.
Andere berühmte Sterne, die doppelt oder mehrfach sind, sind der Polarstern (5-fach), Rigel (der untere rechte helle Stern im Orion, hat einen schwachen Begleiter), Sirius (wird von einem weißen Zwerg umkreist) und Albireo (Kopfende des Schwans, sehr schöner Farbkontrast zwischen einer orangefarbenen und einer blauen Komponente).
Wow! Bin begeistert!! 🙂
@Florian Freistetter
Zitat::Der Partnerstern von W1-5 wurde zum Magnetar.
Wenn ich das richtig verstehe, dann strahlt der Stern doch den magnetischen Fluss Vs aus. Der magnetische Fluss hat Lichtgeschwindigkeit. Die Sonne hat ebenfalls einen magnetischen Fluss. Der magnetische Fluss kann Licht sein. Wird die Anglegenheit weiter durchdacht, dann entsteht die Formel :
Vs *c im Vakuum = U*Lambda in der Materie.
Ist dass richtig?
Gruß Jürgen
Meine zweite Frage zielt darauf ab, ob die Entstehung eines Magnetars die Entstehung eines Schwarzen Lochs verhindert,
wobei die dazu führende Energie dann eben in den Magnet-
feldern stecken würde. Trifft das zu oder nicht?
@Josef: Ich verstehe die Frage nicht ganz. Ein schwarzes Loch entsteht, wenn der Sternenüberrest groß genug ist. Da der Magnetar aber Masse an seinen Partnerstern abgegeben hat, hat die verbleibende Masse nur noch für einen Neutronenstern gereicht hat.
Kann man eigentlich (Kugel-) Sternhaufen noch als „Mehrfachsysteme“ bezeichnen? Oder sind das eher „kleine nicht-ganz-Galaxien“?
@Yeti
Nein, das sind Sternhaufen. Eigentlich sind es Kugelsternhaufen, das ist eine eigene Klasse von Objekten (es gibt auch „offene Sternhaufen“), das sind meist junge Gruppen von Sternen, die zusammen entstanden sind und sich bald trennen; Kugelsternhaufen sind alle uralt).
Nein. Sie entstehen wahrscheinlich irgendwie als Abfallprodukt bei der Galaxienentstehung.
Nur bei Omega Centauri ist nicht völlig klar, ob es ein Kugelsternhaufen oder eine elliptische Zwerggalaxie ist.
@Alderamin: danke, das ging ja mal fix.
OK, ich verstehe das jetzt mal so, dass Sterne in Kugelhaufen nicht gravitativ an einzelne andere Sterne gebunden sind, sondern einfach an den gemeinsamen Schwerpunkt „gebunden“ sind.
Eine Frage noch: gibt es auch in Kugelhaufen Mehrfachsterne, sicherlich, oder?
@Yeti
Auch Mehrfachsterne umkreisen letztlich einen gemeinsamen Schwerpunkt. Sie entstehen aber auch zusammen aus der gleichen protoplanetaren Wolke, so wie ich das verstanden habe. Wenn zu viel Schwung in der Wolke ist, entsteht mehr als ein Stern, um den Drehimpuls zu verteilen, ansonsten ein Einzelstern. So liegen dann auch die Bahnen in der gleichen Ebene.
Offene Sternhaufen entstehen aus einer größeren Wolke, die bei der Sternenstehung in Globulen kollabiert, in denen wiederum protoplanetare Scheiben (Proplyds) entstehen, die dann jeweils Einzel- oder Mehrfachsterne bilden.
Der Entstehungsmechanismus bei Kugelsternhaufen ist, soweit ich weiß, noch unklar. Alle Kugelsternhaufen der Milchstraße sind so alt wie sie selbst. Wenn aber zwei Galaxien kollidieren, können wieder junge Kugelsternhaufen entstehen, dafür gibt es Beispiele.
In Kugelsternhaufen bewegen sich die Sterne alle auf komplexen Bahnen um das gemeinsame Massenzentrum und beeinflussen sich dabei gegenseitig.
Bestimmt gibt es auch in Kugelsternhaufen Doppelsterne, aber die haben eine gute Chance, bei den engen Begegnungen in einem Kugelhaufen getrennt zu werden. Oder auch zusammengefügt, würde ich annehmen.
Mein Problem ist: der Zusammenbruch einer Sonne mit 40 Sonnenmassen hätte ein schwarzes Loch ergeben müs- sen, selbst wenn sie Masse/Energie an den Schnellläufer abgegeben hat;
da es aber ein Neutronenstern, ein Magnetar, geworden ist, könnte die fehlende Masse/Energie -zum schwarzen Loch- doch im Magnetfeld stecken – oder nicht?
Dann wäre ein Magnetar eben ein als Neutronenstern „ver-
kapptes“ schwarzes Loch; das es aber wegen des starken Magnetfeldes nicht geworden ist.
@Josef Münz: „da es aber ein Neutronenstern, ein Magnetar, geworden ist, könnte die fehlende Masse/Energie -zum schwarzen Loch- doch im Magnetfeld stecken – oder nicht?“
Wie soll die Materie eines Sterns in ein Magnetfeld verwandelt werden können? Ich kann nicht mehr tun, als die Beobachtungen der Astronomen zu erklären. Und die sagen eben, dass der Magnetarvorläufer seine Masse an den Partnerstern abgegeben hat.
Nach Einstein -E=mc2- entsprechen sich so Energie und Masse und beides wandelt sich auch ineinander; mit dem Higgs-Boson friedlich in Energie-Masse d.h. Materie und mit der A-Bombe ungebremst in Masse-Energie d.h. reine Energie oder eben wie hier in -magnetische- Masse-Ener- gie d.h. in die Feld-Masse = Magnet-Feld, eines Magnetars und seiner geordneteren Energie-Masse; im Fall des noch kompakteren schwarzen Lochs in die Feld-Masse des Schwere-Feldes aus seiner Energie-Masse.
Das ist die Logik, empirisch geht das über Ordnung und Kompaktifizierung, aber wie das die Natur im Einzelnen macht, weiß ich auch nicht.
Vielleicht haben Sie ja eine Idee dazu?