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Röntgendoppelstern


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Unter einem Röntgendoppelstern versteht man einen Doppelsternsystem das Röntgenstrahlung aussendet. Ursache ist Materie die von dem größeren der beiden Sterne zu seinem kompakteren Partner strömt und dessen Oberfläche stürzt. Bei diesem Partner kann sich um einen weißen Zwerg einen Neutronenstern oder ein schwarzes Loch handeln. Röntgendoppelsterne zählen zu den spektakulärsten der Astronomie.

Inhaltsverzeichnis

Der Materialfluss

Der Materiefluss kann zwei verschiedene Ursachen

  • Sternenwind der in den Anziehungsbereich des Sterns gerät. Solche Sternenwinde sind besonders bei Hauptreihensternen mit einer Masse von mehr als Sonnenmassen ausgeprägt. Der Massentransfer ist vergleichsweise gering.
  • Sterne die sich in der Übergangsphase Expansion zum roten Riesen befinden und dabei die Roche-Grenze überschreiten so dass Materie über den Lagrange-Punkt bei dem sich die Anziehungkräfte beider die Waage halten zum kompakten Partner fließt. solcher Materialfluss kann viele Millionen Jahre anhalten.

Aufgrund der Drehimpulserhaltung stürzt das Material nicht direkt auf kompakten Partner sondern rotiert zunächst als Akkretionsscheibe mit einem Durchmesser von ein bis Millionen km Durchmesser um ihn herum. Bereits dieser Scheibe kann sie sich dermaßen aufheizen Röntgenstrahlung ausgesandt wird. Die dazu erforderliche Energie wird durch die Gravitation aufgebracht wobei sich das Material auf spiralförmigen Bahn dem Partner nähert und schließlich auf Oberfläche stürzt. Die dabei stattfindenden Prozesse hängen der Natur dieses Partners ab.

Weißer Zwerg als Partner

Handelt es sich um einen weißen so wird relativ wenig und eher niederenergetische ausgesandt. Ursache ist der mit typischerweise 10.000 deutlich größere Durchmesser des weißen Zwerges im zu dem eines Neutronensterns oder schwarzen Lochs dass weniger Gravitationsenergie zur Verfügung steht. Der auf die Oberfläche erfolgt oft unregelmäßig und Schüben. Man bezeichnet solche Systeme als kataklysmische

Überschreitet die Masse des weißen Zwerges den Materialfluss die Chandrasekhar-Grenze von 1 4 Sonnenmassen so wird instabil und kollabiert im Rahmen einer Supernova vom Typ Ia zu einem Neutronenstern. der Vorläuferstern eine ganz bestimmte Masse hat alle Supernovaexplosionen dieses Typs hinsichtlich absoluter Helligkeit und Abklingzeit völlig identisch. Über die der scheinbaren Helligkeit ist daher eine genaue Bestimmung des zur Erde möglich. Diese Supernovae sind ein Hilfsmittel zur Bestimmung des Abstands der Galaxie in der sie sich ereignen.

Neutronenstern als Partner

Ist der Partner ein Neutronenstern ein Magnetar oder ein noch hypothetischer Quarkstern so werden beim Sturz auf die immense Energien freigesetzt. Da das Material der in Sternnähe als Plasma vorliegt unterliegt es den Kräften des starken Magnetfeldes des Neutronensterns das zwischen 10 12 und 10 15 Gauß (10 8 bis 10 11 Tesla ) beträgt. Der Energie dieser Magnetfelder lässt übrigens über die Äquivalenz mit der Masse nach E=mc 2 eine Dichte von einigen Dutzend g/cm 3 bis kg/mm 3 zuordnen. Das ionisierte Material muss den Magnetfeldlinen folgen so es nur an den magnetischen Polen auf die Sternoberfläche stürzen kann. Aufgrund enormen Gravitationsfeldes prallt das Material mit typischerweise 100.000 etwa 30% der Lichtgeschwindigkeit auf die Oberfläche. Typische Werte für Materialfluss liegen bei 100 Milliarden Tonnen etwa Masse des Bodensees pro Sekunde. Sie stürzen eine Fläche von wenigen Kilometern Durchmesser und dort Temperaturen von 100 Millionen Kelvin . Die umgesetzte Leistung pro Fläche ist so groß dass ein einziger mikrometer (1μm 2 ) genügen würde um den Energiebedarf der zu decken. Der größte Teil der Energie als Röntgenstrahlung ausgesandt. Die zugehörige Leistung beträgt der Größenordnung das 10.000fache derjenigen die die Sonne gesamten Spektralbereich ausstrahlt. Da die Strahlung in von Jets in Richtung der Magnetfeldachse erfolgt ist nur für Beobachter sichtbar auf die diese während einer Umdrehung des Neutronenstern zeigt. Solche heißen daher Röntgen-Pulsare.

Einer der bekanntesten Röntgen-Pulsare dieser Art Herkules X-1 in einem Abstand von 15.000 Er wurde 1971 von dem Satelliten Uhuru entdeckt. Inzwischen sind über 100 solcher in der Milchstrasse bekannt.

Das herabstürzende Material überwiegend Wasserstoff und Helium sammelt sich auf der Oberfläche des an. Bei einer Dicke von mehreren Metern eine explosionsartige Kernfusion die einen gewaltigen einzelnen Strahlungsausbruch zur hat.

Steigt die Masse des Neutronensterns durch Materialfluss über einen kritischen Wert so wird zu einem schwarzen Loch.

Schwarzes Loch als Partner

Die Vorgänge sind vergleichbar mit denen Fall eines Neutronensterns. Ein schwarzes Loch hat kein Magnetfeld so dass das Material nicht zwei gegenüberliegenden Stellen den Ereignishorizont überschreitet sondern eher an der durch Akkretionsscheibe vorgegebenen Kreislinie. Die Temperatur steigt zu inneren Rand der Scheibe hin an und dort Werte die ebenfalls zu starker Röntgenstrahlung Durch die Abwesenheit eines rotierenden Magnetfeldes erscheint jedoch nicht periodisch sondern zeigt nichtperiodische Variationen im Sekunden- Millisekundenbereich. Diese Strahlungscharakteristik ist Rahmen einer astronomische des wichtigste Indiz für das Vorliegen eines schwarzen Loches.

Der erste entdeckte und dringende Kandidat ein solches System ist die Röntgenquelle Cygnus in einem Abstand von 14.000 Lichtjahren.

Das Spektrum des größeren Sternes

Die Röntgenstrahlung trifft auch den größeren Ist sie intensiv genug so führt sie der Sternatmosphäre auf der dem kompakten Partner Seite zu Prozessen die das Spektrum dort deutlich beeinflussen und insbesondere den an blauem Licht und UV-Strahlung erhöhen können. Solche Veränderungen sind astronomisch zu erkennen wenn sich die Erde ungefähr der Ebene befindet in der sich die Sterne umkreisen. In diesem Fall wird eine periodische Variation des Sternspektrums im Rhythmus der Umlaufzeit beobachtet.



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