Seltenes Doppelsternsystem in unserer Galaxie detektiert

13.01.2012

Erstmals entdeckten Forschende – darunter Astroteilchenphysiker der Universität Innsbruck – ein neues Doppelsternsystem anhand seines spezifischen Gammastrahlen-Signals.Die Beobachtungen wurden mit dem Gammastrahlen-Weltraumteleskop Fermi der NASA durchgeführt. Die beteiligten Wissenschaftler berichten darüber aktuell im Fachmagazin Science.

*Fermi: Mit dem Gammastrahlen-Weltraumteleskop "Fermi" der NASA konnte kürzlich ein neues Binärsystem identifiziert werden. (Foto: NASA)*

Olaf und Anita Reimer, beide Astroteilchenphysiker an der Universität Innsbruck, waren an der Entdeckung von 1FGL J1018.6-5856, einem neuen Doppelsternsystem in unserer Milchstraße beteiligt. Unter einem solchen Doppelstern- oder Binärsystem stellt man sich ein aus einem kompakten astronomischen Objekt, beispielsweise einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch, und einem massereichen Stern bestehendes gemeinsames Sternsystem vor. Unter bestimmten Bedingungen werden in diesem hochenergetische Gammastrahlen produziert. „Wenn das Gammastrahlensignal eine typische Modulation in der Intensität oder im spektralen Verhalten aufweist, kann man sicher sein, eines dieser seltenen und bisher schwer nachweisbaren Gammastrahlen-Binärsysteme detektiert zu haben“, berichtet Olaf Reimer vom Institut für Astro- und Teilchenphysik. – Erst vor sechs Jahren wurde von den H.E.S.S.-Teleskopen in Namibia eine periodische Modulation der Hochenergiestrahlung von einem Binärsystem überhaupt beobachtet und als charakteristisches Merkmal zur Identifizierung definiert; bis heute sind nur etwa ein halbes Dutzend solcher Gammastrahlen-Binärsysteme bekannt.

Umgekehrter Weg zu neuem Sternensystem

Bei allen bisherigen Entdeckungen war die für ein Binärsystem typische Periodizität jedoch bereits aus Radio-, Optischen- bzw. Röntgenmessungen bekannt und konnte mit dem Gammastrahlensignal verglichen werden. Mit der Entdeckung von 1FGL J1018.6-5856 durch das Large Area Telescope auf dem Fermi- Weltraumobservatorium wurde nun erstmals der umgekehrte Weg eingeschlagen: Es gelang dem internationalen Forschungsteam, die Periodizität im Signal einer bisher noch nicht identifizierten astronomischen Gammastrahlenquelle allein aus den Gammadaten zu etablieren. Im Zuge der Nachbeobachtungen charakterisierten die Wissenschaftler dann die Strahlung in anderen Wellenlängenbereichen genauer. Sowohl im Radio- als auch Röntgenenergiebereich konnte ebenfalls Intensitätsschwankungen nachgewiesen werden. „Die Identifizierung dieses neuen Gammastrahlen-Binärsystems ist deshalb interessant, da wir die wenigen bisher bekannten Objekte noch nicht so verstehen, dass wir daraus erkennen können, wann ein Binärsystem tatsächlich Gammastrahlen aussenden sollte – und wann das eigentlich nicht zu erwarten wäre“, unterstreicht Olaf Reimer die Bedeutung der Entdeckung.

Wechselwirkung zwischen Partnersternen

Die orbitale Umlaufzeit der beiden Partnersterne im Binärsystem 1FGL J1018.6-5856 von 16,6 Tagen konnte in der fouriertransformierten Lichtkurve eindeutig identifiziert werden und findet sich sowohl in der Intensitäts- als auch der spektralen Verteilung der gemessenen Gammastrahlung wieder. „Hochenergetische Gammastrahlung kommt in Binärsystemen durch die Wechselwirkung von Teilchen aus beiden Partnersternen zustande“, führt Anita Reimer vom Institut für Theoretische Physik aus. Die Forscher nehmen an, dass niederenergetische Photonen aus dem Strahlungsfeld des massiven Sternes mit hochenergetischen Elektronen aus der Umgebung des kompakten Objektes wechselwirken. Schockfronten und Turbulenzen in der Umgebung des kompakten Objektes ermöglichen die Beschleunigung der Teilchen bis zu extrem hohen Energien. Mit der Veränderung des Abstandes der beiden Objekte im Orbit ändern sich Bedingungen für die Teilchenbeschleunigung – und damit auch das beobachtete Signal im Gammastrahlenbereich. Orbitale Variation des Gammastrahlensignals konnte bisher in nur wenigen Doppelsternsystemen beobachtet werden. „Wir hoffen, mit den leistungsfähigen Instrumenten der Gammastrahlenastronomie noch weitere dieser bislang selten anzutreffenden Gammastrahlen-Binärsysteme entdecken werden“, erklären Olaf und Anita Reimer unisono.

Am Bau der Detektoren auf Fermi und am Betrieb des Observatoriums sind neben der NASA und dem US-Energieministerium Forschungseinrichtungen in den Vereinigten Staaten, in Frankreich, Italien, Schweden, Deutschland und Japan beteiligt.