🔭 Hunderte Millionen Neutronensterne in unserer Galaxie bald nachweisbar
Eine aktuelle Studie in Astronomy and Astrophysics deutet darauf hin, dass das zukünftige Weltraumteleskop Nancy Grace Roman mit seiner Fähigkeit, die Effekte von Gravitationsmikrolinsen zu erkennen, die Lage ändern könnte. Es würde ermöglichen, diese sonst unsichtbaren kompakten Himmelskörper zu identifizieren. Ihre genaue Anzahl bleibt für Astronomen eine Unbekannte.
Das Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskop, ein Infrarotobservatorium der NASA, sollte die Erforschung von Neutronensternen und Schwarzen Löchern verändern. Bildnachweis: NASA's Goddard Space Flight Center
Diese Neutronensterne sind die kollabierten Kerne massereicher Sterne, die mehr Materie als die Sonne in einer Kugel von der Größe einer Stadt konzentrieren. Diese Himmelskörper emittieren wenig sichtbares Licht, was sie schwer aufspürbar macht. Nur solche, die regelmäßige Radiowellen aussenden, sogenannte Pulsare, oder Röntgenstrahlen, sind nachweisbar. Die Mehrheit von ihnen bleibt daher verborgen. Hier kommt Nancy Grace Roman ins Spiel.
Die Gravitationsmikrolinse ist eine Methode, die Astronomen verwenden, um diese unsichtbaren Sterne zu entdecken. Wenn ein massereiches Objekt, wie ein Neutronenstern, vor einem entfernten Stern vorbeizieht, krümmt seine Raumkrümmung das Licht des Sterns. Dies verursacht einen kurzen Aufhellungseffekt und eine leichte Verschiebung seiner scheinbaren Position. Das Teleskop wird beide Effekte mit hoher Präzision messen können.
Was Nancy Grace Roman so wertvoll macht, ist seine astrometrische Fähigkeit. Die meisten Teleskope nehmen nur den Helligkeitsausbruch wahr, aber dieses kann auch die winzige Winkelverschiebung des Sterns messen. Da Neutronensterne sehr massereich sind, ist diese Verschiebung stärker ausgeprägt als bei anderen Objekten. Dies eröffnet den Weg zu einer direkten Messung ihrer Masse, einer seltenen Information. Wissenschaftler haben bisher nur die Masse weniger Neutronensterne gemessen, alle in Doppelsystemen.
Die Forscher hoffen, auf diese Weise Dutzende von Mikrolinsenereignissen zu entdecken, die von Neutronensternen verursacht werden. Diese Beobachtungen könnten auch die heftigen „Tritte“ offenbaren, die sie bei ihrer Entstehung erhalten und die sie mit hoher Geschwindigkeit durch die Galaxie schleudern. Die Messung dieser Geschwindigkeiten würde ein besseres Verständnis von Supernovae ermöglichen. Es ist ein fehlendes Puzzlestück in unserem Verständnis dieser Phänomene.
Schema der astrometrischen Mikrolinse: Die Schwerkraft eines Neutronensterns verzerrt das Licht eines Hintergrundsterns und erzeugt eine Positionsverschiebung. Je massereicher das Objekt, desto größer die Verschiebung. Bildnachweis: NASA, STScI, Joyce Kang (STScI)
Selbst eine kleine Anzahl von Entdeckungen hätte eine große Bedeutung. Laut Zofia Kaczmarek von der Universität Heidelberg wäre bereits eine einzige Massenmessung eines isolierten Neutronensterns sehr wertvoll. Dies würde es ermöglichen, Modelle von Sternexplosionen zu testen und Materie unter extremen Bedingungen zu untersuchen. Derzeit stammen bekannte Massen ausschließlich aus Doppelsystemen. Isolierte Neutronensterne könnten unterschiedliche Massen haben.
Das Nancy-Grace-Roman-Teleskop ist jedoch nicht dafür konzipiert. Es ist für die Suche nach Exoplaneten bestimmt, verfügt aber über sehr empfindliche Instrumente, die neue Möglichkeiten eröffnen. Wie Peter McGill vom Lawrence-Livermore-Nationallabor erklärt, wird nun akzeptiert, dass es isolierte Neutronensterne und Schwarze Löcher nachweisen kann. Die Wissenschaftler sind gespannt auf die ersten Daten.
Die Gravitationsmikrolinse
Die Gravitationsmikrolinse ist ein Phänomen, das von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wurde. Wenn ein massereiches Objekt, wie ein Stern oder ein Schwarzes Loch, vor einer weiter entfernten Lichtquelle vorbeizieht, krümmt seine Schwerkraft die Raumzeit. Dies lenkt das Licht der Quelle ab und erzeugt ein verzerrtes und oft verstärktes Bild. Dieser Effekt wird in der Astronomie genutzt, um Objekte zu untersuchen, die sonst unsichtbar wären.
Im Falle der sogenannten „photometrischen“ Mikrolinse beobachtet man einen kurzen Helligkeitsausbruch der Quelle. Die meisten Teleskope konzentrieren sich auf diesen Helligkeitsanstieg. Es gibt aber auch einen astrometrischen Effekt: Die scheinbare Position der Quelle verschiebt sich geringfügig. Diese Verschiebung ist winzig, in der Größenordnung von einigen Millionstel Grad, enthält aber wertvolle Informationen über die Masse des Objekts.
Das Roman-Teleskop ist darauf ausgelegt, beide Effekte zu messen. Dank seiner hohen astrometrischen Präzision wird es die schwachen Positionsverschiebungen erkennen können, die von Neutronensternen oder Schwarzen Löchern verursacht werden. Je massereicher das Objekt, desto größer die Verschiebung. Dies ermöglicht nicht nur den Nachweis dieser Himmelskörper, sondern auch die direkte Bestimmung ihrer Masse, eine seltene und wertvolle Information.
Die Neutronensterne
Neutronensterne sind die übriggebliebenen Kerne massereicher Sterne nach einer Supernova-Explosion. Ihre Masse ist vergleichbar mit der der Sonne, aber komprimiert in einer Kugel von etwa 20 km Durchmesser. Diese extreme Dichte macht sie zu natürlichen Laboren, um Materie unter Bedingungen zu untersuchen, die auf der Erde nicht reproduzierbar sind. Sie besitzen zudem intensive Magnetfelder und rotieren sehr schnell.
Die meisten Neutronensterne sind schwer zu beobachten, da sie nur wenig sichtbares Licht aussenden. Einige sind als Pulsare nachweisbar, indem sie regelmäßige Radioimpulse aussenden. Andere sind im Röntgenbereich sichtbar, wenn sie Materie akkretieren. Aber die große Mehrheit bleibt unsichtbar. Modelle sagen voraus, dass es zwischen 100 Millionen und 1 Milliarde in der Milchstraße geben könnte.