Magnetisches Schicksal: Wie ein Wolf

Jul 17, 2023

Von der American Association for the Advancement of Science (AAAS), 28. August 2023

Diese künstlerische Darstellung zeigt HD 45166, einen massereichen Stern, bei dem kürzlich entdeckt wurde, dass er ein starkes Magnetfeld von 43.000 Gauss besitzt, das stärkste Magnetfeld, das jemals in einem massereichen Stern gefunden wurde. Starke Teilchenwinde, die vom Stern wegblasen, werden von diesem Magnetfeld eingefangen und hüllt den Stern in eine gasförmige Hülle, wie hier dargestellt. Bildnachweis: ESO/L. Calçada

Neue Erkenntnisse, die sich auf Beobachtungen und Sternentwicklungsmodelle eines heißen, heliumreichen Wolf-Rayet-Sterns konzentrieren, legen nahe, dass er bei einer Supernova-Explosion einen Magnetar erzeugen wird. Diese Ergebnisse ermöglichen ein tieferes Verständnis des Entstehungsprozesses von Magnetaren, die als die magnetischsten Gebilde im Universum gelten.

Ein Magnetar ist eine spezielle Art von Neutronenstern, der durch ein immens starkes Magnetfeld gekennzeichnet ist. Typischerweise entstehen Neutronensterne durch Supernova-Ereignisse, bei denen der Kern eines massereichen Sterns kollabiert. Der Ursprung der Magnetare bleibt jedoch unklar.

Eine Theorie besagt, dass während einer Supernova-Explosion die Verstärkung eines Magnetfelds im massiven Kern des Vorläufersterns zur Bildung eines Magnetars führen könnte. Derart starke Magnetfelder wurden jedoch bisher in entwickelten Sternen, die das Potenzial haben, sich nach einer Explosion in Neutronensterne zu verwandeln, noch nicht nachgewiesen.

Diese künstlerische Darstellung veranschaulicht, wie HD 45166 in einigen Millionen Jahren als sehr helle, aber nicht besonders energiereiche Supernova explodieren wird. Während dieser Explosion zieht sich sein Kern zusammen und fängt die ohnehin schon beängstigenden Magnetfeldlinien des Sterns ein und konzentriert sie. Bildnachweis: NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld/M. Zamani

Tomar Shenar und sein Forschungsteam richteten ihre Aufmerksamkeit auf HD 45166, ein Doppelsternsystem, das aus einem Hauptreihenstern und einem heißen Wolf-Rayet-Begleiter besteht. Wolf-Rayet-Sterne sind der freigelegte Heliumkern eines massereichen Sterns, der seine äußeren Wasserstoffschichten verloren hat. Mithilfe spektropolarimetrischer Beobachtungen des Canada-France-Hawaii Telescope und Archivspektren verschiedener anderer Instrumente stellten Shenar und seine Kollegen fest, dass die Wolf-Rayet-Komponente von HD 45166 eine Masse hat, die zwei Sonnenmassen entspricht, und über ein signifikantes Magnetfeld verfügt von 43 Kilogauss.

Diese künstlerische Darstellung veranschaulicht das endgültige Schicksal von HD 45166, nachdem sein Kern kollabiert ist und ein Neutronenstern mit einem Magnetfeld von etwa 100 Billionen Gauß entstanden ist – der stärkste Magnettyp im Universum. Bildnachweis: NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld/M. Zamani

Relying on stellar evolution models and integrating the acquired data, the research team inferred that this Wolf-Rayet component is destined to collapse into a neutron starA neutron star is the collapsed core of a large (between 10 and 29 solar masses) star. Neutron stars are the smallest and densest stars known to exist. Though neutron stars typically have a radius on the order of just 10 - 20 kilometers (6 - 12 miles), they can have masses of about 1.3 - 2.5 that of the Sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Neutronenstern. Ihre Berechnungen deuten darauf hin, dass die Erhaltung des magnetischen Flusses während dieses Kernkollapses die Stärke des Magnetfelds verstärken und es in den Bereich dessen bringen würde, was für Magnetare beobachtet wird.

Die Autoren kommen zu dem Schluss: „Unsere Beobachtungen und Sternentwicklungsmodelle deuten daher darauf hin, dass die Wolf-Rayet-Komponente ein unmittelbarer Vorläufer eines Magnetars sein könnte.“

Weitere Informationen zu dieser Forschung:

Referenz: „Ein massiver Heliumstern mit einem ausreichend starken Magnetfeld, um einen Magnetar zu bilden“ von Tomer Shenar, Gregg A. Wade, Pablo Marchant, Stefano Bagnulo, Julia Bodensteiner, Dominic M. Bowman, Avishai Gilkis, Norbert Langer, André Nicolas- Chené, Lidia Oskinova, Timothy Van Reeth, Hugues Sana, Nicole St-Louis, Alexandre Soares de Oliveira, Helge Todt und Silvia Toonen, 17. August 2023, Science.DOI: 10.1126/science.ade3293