Doppelsternsystem ohne Doppelstern

Passend zum einjährigen Dienstjubiläum spürt das ESA-Gammastrahlen-Teleskop Integral eine neue Klasse von astronomischen Objekten auf

Die Röntgen- und Gammastrahlenastronomie ist ein Wegweiser zu außergewöhnlichen Objekten. Mag es im optischen Wellenlängenbereich von Sternen nur so wimmeln, so tummeln sich dafür im Röntgen- und Gammastrahlenbereich die eigentümlichsten. Dass dies keine leere Astronomen-Phrase ist, bewies kürzlich einmal mehr das ESA-Gammastrahlen-Teleskop Integral. Dieses entdeckte eine bislang unbekannte Klasse astronomischer Objekte: Doppelsternsysteme, die in eine dichte Wolke aus kühlem Gas eingebettet sind und keineswegs von einem zweiten stellaren Begleiter, sondern von einem Schwarzen Loch oder einem Neutronenstern bezirzt werden. Für herkömmliche Teleskope sind diese Objekte zwar unsichtbar. Dennoch fragen sich die Astronomen, warum sie diesen ausgefallenen "binären" Typ erst jetzt entdeckt haben.

Könnte so das geheimnisvolle Doppelsternsystem aussehen? (Bild

Als hätte der liebe Gott es erahnt. Als hätte er gewusst, dass seine irdischen Sprösslinge einmal den Sternhimmel mit großen Augen und offenen Mündern betrachten würden, hin und her gerissen zwischen Gefühlen der Faszination, der Begeisterung und der Ehrfurcht sowie beseelt von dem Gedanken, in diese scheinbare Unendlichkeit einzutauchen - dabei händeringend nach Wege und Mitteln suchend, um den kosmischen Gral zu greifen.

Auf den Spuren von Sherlock Holmes

Heute, ungefähr 13,7 Milliarden nach dem Urknall, 4,5 Milliarden Jahre nach dem Entstehen der Erde, 3,8 Milliarden Jahren nach dem Auftauchen der ersten irdischen Archaebakterien, 2,1 Millionen Jahren nach dem Erscheinen des Homo habilis haben wir mit einer phantastischen Erfindung unseren Anteil dazu beigetragen, die Geheimnisse des Himmels zu entschlüsseln. Indem wir das 1608 von dem niederländischen Brillenmacher Hans Lipperhey erste konstruierte "klassische" Fernrohre fast bis zur Perfektion weiterentwickelten, blicken wir immer tiefer die in endliche Unendlichkeit des Universum, dessen ästhetische Dimension und Schönheit nur schwer in Worte zu fassen ist.

Dass die Astronomen hierbei einem breiten Informationsspektrum begegnen, verdanken sie in der Tat dem lieben Gott, der ihnen, den Astro-Detektiven, mit dem elektromagnetischen Spektrum ein unschätzbar wertvolles Instrument in die Hände gegeben hat, mit dem der kosmische Gral Wellenlänge für Wellenlänge (be-)greifbar wird.

Während die Kosmo-Detektive - auf den Spuren von Sherlock Holmes wandelnd - den Gravitationslinseneffekt (vgl. Gravitationslinseneffekt) wie eine Lupe nutzen und das sichtbare Licht mittels der Spektralanalyse auf chemische "Fingerabdrücke" hin untersuchen (die Aufschluss über die Zusammensetzung der chemischen Elemente geben), bedienen sie sich (fast) der ganzen Bandbreite des elektromagnetischen Spektrums, um kosmische Übeltäter, wie etwa "raumzeitverzerrende" Schwarze Löcher oder rotierende Pulsare - dingfest zu machen, mitunter sogar Spuren von noch unbekannten "Tätern" zu ermitteln. Das Letztere ist jetzt geschehen.

21 Jahre nach dem erfolgreichen Abschluss der Mission COS-B, bei der erstmals eine vollständige Kartierung des Himmels im Gammastrahlenbereich vorgenommen wurde, hat das Gammastrahlenobservatorium der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) Integral rechtzeitig zum einjährigen Dienstjubiläum anscheinend eine neue Klasse von astronomischen Objekten entdeckt, deren wahre Natur den Forschern vorerst noch ein Rätsel ist. Bei diesen Objekten handelt es sich um Doppelsternsysteme, die - eingebettet in einen dichten Kokon aus kaltem Gas - anstelle von einem "normalen Stern" höchstwahrscheinlich von einem Schwarzes Loch oder einem Neutronenstern begleitet werden. Während solcherlei Binärsysteme mit konventionellen Teleskopen nicht sichtbar gemacht werden können, emittieren diese im Gammabereich umso intensiver.

Gammastrahlen und Integral - Kurzer Exkurs

Gammastrahlen, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind und von der irdischen Atmosphäre vollständig absorbiert werden, treffen aus vielen Bereichen des Universums bei uns ein. Sie sind sehr kurzwellige und extrem energiereiche elektromagnetische Wellen (noch energiereicher als beispielsweise ultraviolette oder Röntgenstrahlung). Sie entstehen, wenn ein angeregter Atomkern in einen stabileren Zustand übergeht oder bilden sich (auf der Erde) beim Zerfall radioaktiver Stoffe respektive bei der Paarvernichtung. Dank ihrer Existenz erhalten die Sternforscher wertvolle Informationen über Neutronensterne, über Super- oder Hyper-Novae und auch über Schwarze Löcher, jenen extrem kompakten poststellaren Erscheinungen, die sich aus sterbenden Sternen generieren und aufgrund ihrer unbeschreiblich hohen Dichte und Gravitation jegliche Form von Materie und Energie absorbieren - auch Licht.

Versehen mit dem Auftrag, solche Objekte und auch Neutronensterne und andere ungewöhnlich heftige Ereignisse wie Novae und Supernovae unter die Lupe nehmen, wurde Integral am 17. Oktober 2002 um 10.41 Uhr Ortszeit (06.41 Uhr MESZ) mit einer Proton-Rakete vom Kosmodrom Baikonur in Kasachstan gestartet. Die Mission des 4.000 Kilogramm schweren und fünf Meter hohen Satelliten, der sich - 153.000 Kilometer von der Erde entfernt - auf einer Umlaufbahn bewegt, auf der er sich die meiste Zeit außerhalb der für die Beobachtung von Gammastrahlen beeinträchtigenden Van-Allen-Strahlungsgürtel befindet, soll voraussichtlich noch ein Jahre dauern, könnte aber bei Bedarf um weitere drei Jahre verlängert werden.

Integral ist bestens bestückt. Hervorzuheben ist hierbei das SPI-Spektrometer, das für die Messung der Energie der empfangenen Gammastrahlung zuständig ist. Da Gammastrahlenquellen oft äußerst variabel sind und innerhalb von Minuten oder Sekunden schwanken können, muss das Observatorium die Daten gleichzeitig in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen sammeln. Zu diesem Zweck wurde Integral zusätzlich mit einem Röntgen- und einem optischen Begleitinstrument (JEM-X und OMC) versehen. Alle vier Instrumente beobachten dieselben Objekte zur selben Zeit. Auf diese Weise lassen sich flüchtige Ereignisse lückenlos erfassen. Zu guter Letzt hängt der Missionserfolg auch immer von der Kamera IBIS ab, die sehr detaillierte Bilder der registrierten Strahlungsquellen erstellt. Die Daten sendet Integral dann an das Integral Science Data Centre (ISDC) bei Genf in der Schweiz, wo sie verarbeitet und dann den Wissenschaftlern zugänglich gemacht werden.

300 + 1 + ?

Die ersten Integral-Daten von der offenbar neuen astronomischen Objekt-Klasse gingen beim ISDC am 29. Januar 2003 ein und stammten von dem Binärsystem IGRJ16318-4848. Von diesem ist zwar die genaue Entfernung zur Erde noch nicht bekannt; immerhin scheint es, so die Vermutung der Astronomen, noch innerhalb der Milchstraße zu liegen.

Die gesammelten Bit und Bytes lassen nach Ansicht der Forscher nur den Schluss zu, dass in dem Doppelsternsystem ein "klassischer" sehr massereicher Stern haust, aber eben kein weiterer Artgenosse. Kein anderer "normaler" Stern. Als Partner kommt indes ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch in Frage. Diese Annahme wird durch die Beobachtung gestützt, dass sich in dem Binärsystem ein kosmisches Drama abzeichnet, dessen Regisseur und Produzent nur ein extrem kompakter Körper sein kann. Wie die Integral-Daten zeigen, wird das Gas des Begleiters von dem Neutronenstern oder von dem Schwarzen Loch förmlich angezogen und enorm beschleunigt. Dabei emittiert die freiwerdende Energie in den unterschiedlichsten Wellenlängenbereichen.

Chandra-Falschfarben-Bild eines Doppelsternsystem im Röntgenlicht (im Sternhaufen M15) - (Bild

Da neben IGRJ16318-4848 in unserer Galaxie inzwischen schon 300 ähnlich geartete staubverhüllte Systeme bekannt sind, rätseln die Astronomen neuerdings darüber, warum eine solche Konstellation bzw. ein solcher Doppelsterntyp nicht schon früher entdeckt worden ist. Eine Erklärung hierfür könnte sein, dass IGRJ16318-4848 möglicherweise von einer dicken Schale aus Material umgeben ist, die das Doppelsternsystem ummantelt, woraus eben nur Gammastrahlung als die energiereichste Strahlung entkommen kann. Diese könnte, wie die Wissenschaftler vermuten, bislang deshalb übersehen worden sein, weil die Gammastrahlen-Astronomie noch in den Kinderschuhen stecke.

XMM-Newton als helfende Hand

Um ihre bisherigen Ergebnisse zu verifizieren, machten die Intergral-Forscher die Probe aufs Exempel. Sie visierten die Region zusätzlich noch mit dem ESA-Röntgenteleskop XMM-Newton an, das dann tatsächlich den Befund bestätigen konnte: Es spürte ebenfalls einen dichten Kokon aus kalten Gas um IGRJ16318-4848 auf; einen Kokon, der etwa einen Durchmesser hat, der dem des Orbits der Erde um die Sonne entspricht. Das vorläufige Fazit der Forscher: Das von XMM entdeckte Material stammt höchstwahrscheinlich von einem stellaren Wind, der von dem massereichen Begleitstern ausgeht. Wird das Gas von dem Neutronenstern oder Schwarzen Loch angezogen, entsteht eine dichte Hülle um das System. Und eine solche kann nur noch von energiereicher Strahlung durchdrungen werden: eben von Gammastrahlen. "Nur Photonen mit der höchsten Energie [über keV] können diesem Kokon entkommen", verdeutlicht Roland Walter vom ISDC in der Schweiz. "IGRJ16318-4848 ist deshalb weder bei früheren Observationen noch während anderer Gammastrahlen-Missionen aufgespürt worden, weil deren Empfindlichkeit geringer war, als die von Integral."

Auch wenn sich nunmehr die Frage aufdrängt, wie viele unentdeckte Objekte dieser Art noch in unserer Galaxie hausen, so ist die konstruktive Kooperation von Integral und XMM Newton schon längst in ein neues Stadium getreten. Inzwischen entpuppen sich beide "Fernrohre" als ideales Team, haben sie doch schon zwei weitere Kandidaten ausfindig gemacht. Nimmt man den ESA-Projektwissenschaftler für 'Integral' Christoph Winkler (im Originalton) beim Wort, dann ist die Aufbruchstimmung im Integral-Team groß: "These early examples of using two complementary ESA high-energy missions, Integral and XMM-Newton, shows the potential for future discoveries in high-energy astrophysics."

http://www.heise.de/tp/artikel/15/15934/1.html