Ein massereicher Magnetstern könnte der erste magnetische Vorbote sein, den wir gesehen haben – Ars Technica

Magnetismus gehört zu den extremsten Dingen, die wir kennen, mit Magnetfeldern, die so stark sind, dass Chemie in ihrer Nähe unmöglich wird. Es handelt sich um Neutronensterne mit einem superflüssigen Inneren, das geladene Teilchen enthält. Daher ist es leicht zu verstehen, wie der magnetische Dynamo zur Unterstützung dieses Magnetfelds aufrechterhalten wird. Allerdings ist es etwas schwieriger, vollständig zu verstehen, was den Dynamo überhaupt in Gang setzt.

Die Grundidee, die von ihrer Einfachheit profitiert, besteht darin, dass ein Magnetar sein Magnetfeld von dem Stern erbt, der in einer Supernova explodierte und dabei entstand. Das ursprüngliche Magnetfeld würde, wenn es gestaucht würde, um der winzigen Größe des resultierenden Neutronensterns zu entsprechen, dem Start des Magnetars einen enormen Schub verleihen. Bei dieser Idee gibt es nur ein Problem: Wir haben keinen der stark magnetisierten Vorläufersterne beobachtet, die diese Hypothese erfordert.

Es stellte sich heraus, dass wir einen schon seit Jahren beobachten. Es schien etwas ganz anderes zu sein, und es bedurfte einer sorgfältigeren Analyse, die heute in Science veröffentlicht wurde, um zu verstehen, was wir beobachteten.

Nicht so, wie es scheint

HD 45166 scheint auf einigen Ebenen ein relativ einfaches Doppelsternsystem zu sein, das aus einem normalen, heißen Stern besteht Wolf-Ritus-Stern Im Co-Orbit in kurzer Entfernung, wobei das Licht vermutlich aufgrund der Umlaufbahn eine Periodizität von 1,6 Tagen aufweist.

Aber selbst auf dieser Ebene des Verständnisses erschienen einige Dinge am Wolf-Rayet-Teil des Systems seltsam. Diese Sterne sind normalerweise heiß, massereich, heliumreich und haben den größten Teil ihres Wasserstoffs durch heftige Explosionen ausgestoßen. Aber die Masse von HD 45166 ist viermal so groß wie die der Sonne – halb so groß wie die Masse des kleinsten Exemplars, das wir anderswo gesehen haben. Außerdem enthält es viel Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff, was selten vorkommt, und seine Spektrallinien weisen einige ungewöhnliche Merkmale auf.

Auch die Rotationsachse des Sterns scheint in Richtung seiner Umlaufbahn zu zeigen, was ebenfalls etwas schwierig auszurichten ist. Daher gab es schon vor den neuen Beobachtungen viele Dinge, die über das System schwer zu erklären waren. In mancher Hinsicht erleichtern die aktualisierten Daten das Verständnis des Systems; In anderen Fällen wird es schlimmer.

Das wichtigste Ergebnis war, dass das Spektrum des Lichts des Sterns darauf hinwies, dass die 1,6-tägige Periodizität wahrscheinlich auf eine regelmäßige physikalische Pulsation des regulären Sterns im System HD 45166 zurückzuführen ist. Dieses Ergebnis veranlasste die Forscher, andere periodische Änderungen des Lichts zu untersuchen HD 45166. Das wahrscheinlichste Orbitalsignal zeigt an, dass die Umlaufbahn etwa 8.200 Tage dauert – ein ziemlich drastischer Unterschied zu 1,6 Tagen. Dadurch werden die Sterne weiter voneinander entfernt und es ist unwahrscheinlich, dass sich einer von beiden in Richtung seiner Rotationsachse dreht.

Das größere Kapitel erfordert wiederum einen Überblick über die Massen, die auf der Grundlage ihrer Orbitalwechselwirkungen geschätzt wurden. Die neue Schätzung reduziert die Masse des Wolf-Rayet-Sterns um die Hälfte, sodass er nur noch doppelt so groß ist wie die Masse der Sonne.

Magnetismus und andere Kuriositäten

Die spektralen Informationen, die uns dazu veranlassten, die Form des Sterns zu untersuchen, lieferten auch Informationen über sein Magnetfeld. Magnetfelder beeinflussen die Polarisation des Lichts, und die Forscher ermittelten diese Polarisation, indem sie das Licht nutzten, das von einer Reihe von Ionen emittiert wurde, die im Magnetfeld eines Wolf-Rayet-Sterns gefangen waren. Diese Daten wurden verwendet, um die Stärke dieses Magnetfelds abzuschätzen, die sich als etwa 40.000 Gauss herausstellte. Zum Vergleich: Das Erdmagnetfeld ist kleiner als Gauß.

Obwohl der Stern mit der doppelten Sonnenmasse relativ leicht ist, ist er immer noch groß genug, um in einer Supernova zu enden, die einen Neutronenstern hinterlässt. Der Radius dieses Neutronensterns sollte innerhalb von zwölf Kilometern liegen. Wenn man das Magnetfeld von 40.000 Gauss an der Oberfläche des Sterns beibehalten würde, es aber auf eine Oberfläche mit einem neuen Radius von 12 Kilometern zusammendrücken würde, würde man am Ende ein Magnetfeld mit einer Stärke von etwa 10 erhalten¹⁴ Gauß, was bedeutet, dass Sie einen Magnetar haben.

Der Wolf-Rayet-Stern ist also eine magnetische Einführung und das erste Mal, dass wir ihn jemals gesehen haben.

Da er aber auch anders ist als alle anderen Wolf-Rayet-Stern, die wir bisher gesehen haben, untersuchte das Forschungsteam seine Geschichte anhand von Simulationen. Dies deutet darauf hin, dass ein normaler Begleitstern einfach zu weit entfernt ist, um großen Einfluss auf die Entwicklung des Systems zu haben. Stattdessen begann HD 45166 wahrscheinlich als Drei-Sterne-System, bei dem der Wolf-Rayet-Stern ursprünglich aus zwei Sternen bestand, die einander in geringem Abstand umkreisten. Ihre Wechselwirkungen führen zu einer Periode, in der sich ihre beiden heliumreichen Kerne eine einzige wasserstoffreiche Hülle teilen.

Die beiden Kerne drehten sich spiralförmig nach innen und verschmolzen, wobei Wasserstoff ausgestoßen wurde. Übrig blieb ein junger, heliumreicher Stern mit einem starken Magnetfeld. Dieses Magnetfeld fing einen Teil des Materials ein, das andernfalls herausgeschleudert worden wäre, und erzeugte Spektrallinien, die den Forschern halfen, herauszufinden, was vor sich ging.

Dies sind sehr unterschiedliche Umstände, die darauf hindeuten könnten, dass diese Vorläufer selten sind. Aber es wird geschätzt, dass bis zu 10 Prozent der Neutronensterne eine Magnetarphase durchlaufen, was bedeutet, dass sie relativ häufig vorkommen. Wie erklären wir diesen Widerspruch?

Die Forscher vermuten, dass wir möglicherweise bereits einige ähnliche Sterne beobachtet haben. Der einzige Grund, warum wir dieses System entdecken konnten, ist ein Begleitstern, was für Wolf-Rayet-Sterne nicht ungewöhnlich ist. Es ist also möglich, dass wir ähnliche Sterne bereits beobachtet haben, sie aber nicht identifizieren konnten.

Wissenschaft, 2023. DOI: 10.1126/sciences.ade3293 (über DOIs).