Astrophysik: Chandra beobachtet Röntgenechos um entfernten Neutronenstern

Mit dem Röntgensatelliten Chandra konnte durch die Untersuchung von Röntgenlichtechos in vorgelagerten Staubwolken die Entfernung des Neutronensterns Circinus X-1 präzise ermittelt werden.

von Tilmann Althaus

Der Röntgendoppelstern Circinus X-1 (Komposit-Aufnahme) — © Röntgen: NASA/CXC/Univ. of Wisconsin-Madison/S. Heinz et al; Optisch: DSS; Radio: CSIRO/ATNF/ATCA (Ausschnitt)

Im südlichen Sternbild Zirkel befindet sich die Röntgenquelle Circinus X-1. Es ist ein enges Doppelsternsystem, bei dem ein gewöhnlicher Stern von einem Neutronenstern umkreist wird. In diesem System kommt es immer wieder zu stärkeren Ausbrüchen von Röntgenstrahlung, zuletzt im Jahr 2013. Eine Forschergruppe um Sebastian Heinz von der University of Wisconsin in Madison beobachtete wenige Wochen nach dem Ausbruch das System mit den Röntgensatelliten Chandra und XMM-Newton. Auf den Bildern von Chandra zeigte sich, dass der Doppelstern von vier gut ausgeprägten Ringen aus Röntgenlicht umgeben ist. Diese Ringe sind Lichtechos, welche durch die Reflexion von Röntgenlicht des Ausbruchs an vorgelagerten Staubwolken entstehen. Dabei erreicht uns das Röntgenlicht erst nach einem Umweg. Die Forscher um Heinz bezeichneten Circinus X-1 scherzhaft auch als "Herrn der Ringe".

Rötgenlichtechos um Circinus X-1 | Um Neutronenstern und Röntgenquelle Circinus X-1 im südlichen Sternbild Zirkel beobachtete der Röntgensatellit Chandra vier konzentrische Lichtechos, die an vorgelagerten Staubwolken entstehen. Sie sind auf diesem Bild nur unvollständig zu sehen, da Chandra nicht das gesamte Bildfeld erfasst hat. Das Bild hat eine Kantenlänge von 34 Bogenminuten.

Diese Ringe dehnen sich zwischen 5 und 13 Bogenminuten am Himmel aus. Die Forscher nutzten Messdaten des Radioteleskops Mopra in Australien, um die Entfernungen der reflektierenden Wolken zu bestimmen. Daraus konnten sie dann den Weg berechnen, den die reflektierten Röntgenstrahlen nahmen, um uns nach dem Ausbruch zu erreichen, dessen direktes Licht früher zu sehen war. Die Laufzeitunterschiede zwischen den Lichtechos und dem Ausbruch betrugen zwischen einem und drei Monaten.

Schemazeichnung der Röntgenlichtechos um Circinus X-1 | So entstehen die Röntgenlichtechos um Circinus X-1: Das vom Neutronenstern im Jahr 2013 bei einem Ausbruch abgestrahlte Röntgenlicht wird an vier vorgelagerten Staubwolken reflektiert, die unterschiedliche Abstände zu uns aufweisen. Je näher sich eine der Staubwolken an uns befindet, umso größer erscheint das Lichtecho. Aus den Berechnungen der Wissenschaftler ergeben sich für die Größen der Lichtechos folgende Werte: Ring a hat einen Durchmesser von 41 Lichtjahren, b von 49 Lichtjahren, c von 55 Lichtjahren und d 52 Lichtjahren.

Mit Hilfe von Winkelbeziehungen berechneten die Astronomen eine Entfernung von Circinus X-1 von 30 700 Lichtjahren. Dies entspricht etwa einem Drittel des Durchmessers unseres Milchstraßensystems. Frühere Arbeiten hatten stark unterschiedliche Abstände ergeben, die jetzt ermittelte Distanz dürfte deutlich genauer sein. Daraus ergibt sich zudem, dass Circinus X-1 absolut gesehen wesentlich heller ist als bislang angenommen. Wegen seiner großen Helligkeit erinnert der Doppelstern eher an ein enges System aus einem Schwarzen Loch mit einem umlaufenden Begleitstern, dessen Materie teilweise auf das Schwarze Loch zuströmt. Dazu passt, dass Circinus X-1 zwei Strahlen aus heißem Gas ausstößt, deren Partikel sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegen. Aus anderen Untersuchungen ist aber klar, dass Circinus X-1 "nur" einen Neutronenstern enthält.