Magnetar

künstlerische Darstellung eines Magnetars mit Feldlinien

Ein Magnetar ist ein Pulsar ( Neutronenstern) mit extrem intensiven Magnetfeldern, die mit 1011 bis 1012 Tesla etwa tausendmal stärker sind als sonst bei Neutronensternen üblich. Schätzungsweise 10 % aller Neutronensterne sind Magnetare.

Sie wurden 1979 als die bis dahin stärksten bekannten extrasolaren Gammastrahlenausbrüche durch mehrere Satelliten entdeckt, bekannt als Soft Gamma Repeater (SGR). Die Magnetar-Theorie für SGRs wurde 1992 von Robert C. Duncan und Christopher Thompson [1] [2] entwickelt. Die Bestätigung besonders hoher Magnetfelder kam 1998 von Chryssa Kouveliotou und Kollegen. [3] [4] [5] 2003 erhielten Duncan, Thompson und Koveliotou dafür den Bruno-Rossi-Preis.

Entstehung

Neutronensterne entstehen nach den gängigen Theorien beim Gravitationskollaps von Sternen mit einer Kernmasse von etwa 1,4 bis 3  Sonnenmassen in einer Supernova. Sie haben einen typischen Durchmesser von lediglich etwa 10 bis 20 km und ein extrem starkes Magnetfeld mit einer Flussdichte der Größenordnung 108  Tesla (T). Die hohe Flussdichte ergibt sich auf Grundlage der Gesetze der Elektrodynamik, wonach das Produkt aus Sternquerschnitt und Magnetfeld beim Kollaps des Vorläufersterns konstant bleibt.

Unmittelbar nach dem Kollaps rotieren Neutronensterne aufgrund des Pirouetteneffekts ( Drehimpulserhaltung) mit Perioden im Millisekundenbereich, einzelne Konvektions­zonen mit 10 ms. Liegt die Rotationsperiode des Gesamtsterns unter 10 ms (und besaß bereits der Vorläuferstern ein relativ starkes Magnetfeld), so entsteht ein Magnetar: ein Dynamo-Effekt setzt ein, der die enorme kinetische Energie der Konvektions wirbel innerhalb von etwa 10 s in Magnetfeldenergie umwandelt. Dabei entsteht ein Magnetfeld, das mit 1011 T ca. tausendmal so stark ist wie das eines gewöhnlichen Neutronensterns. Ist die Rotationsperiode des Gesamtsterns dagegen größer als die der Konvektionszonen oder besaß der Vorläuferstern ein schwaches Magnetfeld, so entsteht ein gewöhnlicher Neutronenstern bzw. Pulsar.

Die Massendichte, die einem derartigen Magnetfeld über seine Energiedichte in Kombination mit der Äquivalenz von Masse und Energie gemäß zugeordnet werden kann, liegt im Bereich einiger Dutzend Kilogramm pro Kubikmillimeter (kg/mm3). Ein solches Magnetfeld ist so stark, dass es die Struktur des Quantenvakuums verändert, so dass der materiefreie Raum doppelbrechend wird.

Ist die Achse des Magnetfeldes gegen die Rotationsachse geneigt, so wird eine periodische Radiowelle abgestrahlt, deren Leistung typischerweise 108-mal so groß ist wie die gesamte Strahlungsleistung der Sonne. Die dazu erforderliche Energie wird der Rotationsenergie entnommen, die dadurch innerhalb von 10.000 Jahren weitgehend aufgezehrt wird; die Rotationsperiode beträgt dann mehrere Sekunden. Gewöhnliche Pulsare werden erheblich weniger gebremst und rotieren daher deutlich schneller.

Möglicherweise entsteht ein Magnetar durch das Verschmelzen zweier Neutronensterne in einem engen Doppelsternsystem. Der Magnetar bildet sein starkes Magnetfeld danach durch eine schnelle differentielle Rotation als Folge des Verschmelzungsprozesses. [6]

Beispiel CXOU J164710.2-45516

Am Beispiel des 16.000  Lichtjahre entfernten Magnetars CXOU J164710.2-45516 im Sternhaufen Westerlund 1 im Südsternbild Altar wurde deutlich, wie ein Magnetar aus einem Doppelsternsystem entsteht. Der Vorläuferstern besaß etwa 40-fache Sonnenmasse. Anfangs umkreisten sich zwei schwere Sterne sehr eng. Der schwerere Stern verbraucht zuerst seinen Brennstoff und bläht sich auf. Seine Außenschichten gehen auf den masseärmeren Stern über, der sich immer schneller dreht. Die Rotation macht ihn zum Magnetar-Vorläufer. Im Sternenhaufen Westerlund 1 fiel am Begleitstern Westerlund 1-5 eine relativ geringe Masse, hohe Leuchtkraft und die hohe Geschwindigkeit auf, die nach dem Rückstoß einer Supernova zu erwarten ist. Seine chemische Zusammensetzung – neben Wasserstoff und Stickstoff sehr viel Kohlenstoff – ist für Sterne unüblich. Ist der Begleitstern groß genug, gibt er Teile seiner Materie an den ersten Stern zurück und explodiert als Supernova. Der Materietransfer vor dem Ende ist die Bedingung für die Magnetar-Bildung. Dadurch verliert der Vorläuferstern die Masse, die ihn sonst zum Schwarzen Loch macht, stattdessen wird er zum Magnetar. Sein Begleiter wird – wie Westerlund 1-5 – durch die Wucht der Explosion weggeschleudert – mit Teilen der Materie des Nachbarsterns. Dies erklärt seine Zusammensetzung. [7]

In anderen Sprachen
العربية: نجم مغناطيسي
беларуская: Магнітар
български: Магнетар
bosanski: Magnetar
català: Magnetar
čeština: Magnetar
dansk: Magnetar
Ελληνικά: Μάγναστρο
English: Magnetar
Esperanto: Magneta stelo
español: Magnetar
فارسی: مگنتار
suomi: Magnetar
français: Magnétar
עברית: מגנטר
magyar: Magnetár
Հայերեն: Մագնետար
italiano: Magnetar
日本語: マグネター
қазақша: Магнетар
한국어: 마그네타
lietuvių: Magnetaras
latviešu: Magnetārs
македонски: Магнетар
Nederlands: Magnetar
norsk nynorsk: Magnetar
norsk: Magnetar
polski: Magnetar
português: Magnetar
română: Magnetar
русский: Магнетар
Simple English: Magnetar
slovenčina: Magnetar
slovenščina: Magnetar
српски / srpski: Магнетар
svenska: Magnetar
Türkçe: Magnetar
татарча/tatarça: Магнетар
українська: Магнітар
Tiếng Việt: Sao từ
中文: 磁星