Neutronenstern statt Schwarzes Loch

Die extrem leuchtkräftige Röntgenquelle X-2 in der 11,4 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M82 ist entgegen bisheriger Vermutungen kein Schwarzes Loch mittlerer Größe, sondern ein Neutronenstern. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Forscherteams mit dem Röntgensatelliten NuSTAR. Die Strahlung von X-2 pulsiert auf eine für Neutronensterne charakteristische Weise. Der überraschende Befund stelle die physikalischen Modelle für den Einfall von Materie auf extrem kompakte Himmelsobjekte infrage, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„X-2 in der Galaxie M82 wurde bereits intensiv untersucht“, stellen Matteo Bachetti von der Université de Toulouse in Frankreich und seine Kollegen fest, „doch die Pulsationen sind bislang der Entdeckung entgangen.“ Die Beobachtungen werfen nach Ansicht des Forscherteams deshalb die Frage auf, ob nicht ein signifikanter Teil der leuchtkräftigen Röntgenquellen Neutronensterne anstatt – wie bislang angenommen – Schwarzer Löcher seien.

Von einem Stern (links) strömt Materie in eine Scheibe um eine dunkles Objekt (rechts).
Neutronenstern

In den 1970-er Jahren stießen Astronomen in fernen Galaxien auf die ersten außergewöhnlich leuchtkräftigen Röntgenquellen. Die kurz ULX genannten, punktförmigen Objekte senden erheblich mehr Röntgenstrahlung aus, als das so genannte Eddington-Limit für stellare Schwarze Löcher erlaubt. Schwarze Löcher erzeugen ihre Energie durch den Einfall von Materie – doch der Strahlungsdruck bremst zugleich diesen Zustrom. Deshalb gibt es eine obere Grenze für die Menge an einfallender Materie und die dadurch erzeugte Strahlung. Die Astronomen zogen aus der extremen Röntgenleuchtkraft daher den Schluss, es müsse sich bei den ULX um Schwarze Löcher mit mehreren hundert Sonnenmassen handeln.

Die Beobachtungen von Bachetti und seinen Kollegen zeigen, das die von X-2 ausgesandte Röntgenstrahlung im Rhythmus von 1,4 Sekunden pulsiert. Die Intensität der Pulse schwankt regelmäßig innerhalb von 2,5 Tagen. Ein derart moduliertes Pulsverhalten tritt nur bei Neutronensternen, aber nicht bei Schwarzen Löchern auf: Die starken Magnetfelder führen zu „Hot Spots“ an den magnetischen Polen der extrem kompakten Sternenleichen. Die von diesen „Hot Spots“ ausgehende Strahlung streicht dann durch die Rotation des Neutronensterns wie der Strahl eines Leuchtturms durchs All und verursacht so die beobachteten Pulse.

Die Modulation der Pulse interpretieren die Forscher als Umlaufzeit des Neutronensterns in einem Doppelsternsystem. Von dem zweiten Stern in diesem System strömt demnach Materie auf den Neutronenstern und sorgt so für die Produktion der Röntgenstrahlung. Allerdings müsse sich das System in einem bislang unbekannten Modus des Materieeinfalls befinden, da es das Eddington-Limit um das Hundertfache überschreitet. Offenbar kann doch erheblich mehr Materie auf Neutronensterne – und vielleicht auch Schwarze Löcher – einfallen, als bislang von den Astrophysikern vermutet.