Bei Beobachtungen der rund zwölf Millionen Lichtjahre von uns entfernten Galaxie M82 mit dem Röntgensatelliten NuSTAR stieß ein internationales Forscherteam um Matteo Bachetti vom Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie in Toulouse auf ein Objekt, das die Theorie von der Akkretion von Materie auf kompakte Objekte vor eine große Herausforderung stellt. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass es sich bei der variablen ultrahellen Röntgenquelle um einen Pulsar mit einer Pulsationsperiode von 1,37 Sekunden handelt. Der Neutronenstern und sein Begleiter, dessen Masse sie auf mindestens 5,2 Sonnenmassen schätzen, umlaufen ihren gemeinsamen Massenschwerpunkt innerhalb von 2,5 Tagen. Dabei entzieht der Pulsar seinem stellaren Begleiter Material, das sich zunächst in einer Scheibe ansammelt und dann akkretiert wird.

Zentralregion von M82 im Röntgenlicht
© NASA / CXC / Tsinghua University / H. Feng et al.
(Ausschnitt)
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Die Aufnahme der Zentralregion der Galaxie M 82 mit dem Röntgensatelliten Chandra zeigt mehrere ultrahelle Röntgenquellen. M82 X-1, ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 415 Sonnenmassen, ist die leuchtkräftigste unter ihnen. Beobachtungen mit dem Teleskop NuSTAR zeigten, dass es sich bei M82 X-2 um einen akkretierenden Pulsar handelt.

Kompliziert wird die Situation dadurch, dass die Materie beim Einfall auf den Neutronenstern ihre potenzielle Energie in Form von Strahlung abgeben muss. Diese baut wiederum einen Strahlungsdruck auf, der die weitere Akkretion unterbinden kann. Deswegen gibt es eine theoretische obere Grenze für die Leuchtkraft, die als Eddington-Grenze bezeichnet wird. Sie steigt mit der Masse des akkretierenden Körpers. Aus diesem Grund vermuten Forscher hinter den ultrahellen Röntgenquellen – im Englischen als "ultraluminous X-ray sources" (ULXs) bezeichnet – für gewöhnlich massereiche Schwarze Löcher. Die nun im Gegensatz dazu als Pulsar identifizierte variable Quelle – auch M82 X-2 genannt – gibt zu ihren Spitzenzeiten im Röntgenbereich zwischen 0,3 und 10 Kiloelektronvolt innerhalb einer Sekunde eine große Energiemenge ab, die rund 15 Prozent der gesamten Strahlungsenergie der Sonne in einem Jahr entspricht. Damit ist sie vielfach leuchtkräftiger als jeder bisher bekannte Materie aufsammelnde Pulsar und übersteigt die klassische Eddington-Grenze für Körper mit 1,4 Sonnenmassen etwa um das Hundertfache.

Somit können im Prinzip auch akkretierende Neutronensterne manchen der beobachteten ULXs zu Grunde liegen. Allerdings stellen die Beobachtungen von NuSTAR die Theoretiker vor die Aufgabe zu erklären, wie diese hohen Leuchtkräfte in solchen Systemen überhaupt möglich sind. Mit Sicherheit spielen hierbei die starken Magnetfelder der Pulsare eine wichtige Rolle. Sie können so an die Akkretionsscheiben koppeln, dass die einfallende Materie vorzugsweise trichterartig entlang der magnetischen Achse einströmt. So kann die Strahlung zu den Seiten der Säulen vergleichsweise ungehindert entweichen, und der Materiefluss bleibt erhalten. Auch eine Strahlungsbündelung in Richtung des Betrachters könnte zum Teil für die hohen Helligkeiten verantwortlich sein.

Neben M82 X-2 befindet sich in einem Abstand von nur fünf Bogensekunden am Himmel eine weitere ultrahelle Röntgenquelle im Zentralbereich der Galaxie. M82 X-1 ist die leuchtkräftigste dieser Art in M82 und wurde vor Kurzem als ein intermediäres Schwarzes Loch mit einer Masse von rund 415 Sonnenmassen identifiziert.