// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Eisenlinien zeigen, wie Materie auf einen Neutronenstern fällt
Astronomen haben direkt spektroskopisch beobachtet, wie Materie aus dem Wind eines Riesensterns auf einen Neutronenstern fällt. Hochaufgelöste Röntgenspektren des Systems BP Crucis zeigen rotverschobene Eisenlinien und einen Wandel von Absorption zu Emission. Die Daten erlauben damit einen ungewöhnlich unmittelbaren Blick darauf, wie sich der Gasstrom während eines starken Röntgenausbruchs neu ordnet.
Greenbelt (U.S.A.). In massereichen Röntgendoppelsternen kann ein kompakter Stern Gas von einem großen Begleitstern einfangen. Bei BP Crucis stammt dieses Material aus dem dichten Sternenwind des blauen Hyperriesen Wray 977. Der Wind liefert dem Neutronenstern GX 301-2 Materie, die beim Einfall stark aufgeheizt wird und intensive Röntgenstrahlung erzeugt.
Das rund 13.000 Lichtjahre entfernte System ist dafür besonders extrem. Wray 977 besitzt etwa 40 Sonnenmassen und ist etwa 60-mal so groß wie die Sonne. GX 301-2 vereint dagegen mehr als eine Sonnenmasse in einer Kugel von nur rund 20 Kilometern Durchmesser und rotiert etwa alle elf Minuten. Während seiner 41,5 Tage langen Umlaufbahn treten zweimal mehrtägige Röntgenausbrüche auf, wenn der Pulsar besonders dichte Bereiche des Sternenwinds durchquert.
Ein internationales Team mit Erstautor Roi Rahin von der University of Maryland, Baltimore County (UMBC) hat BP Crucis am 1. Februar 2025 mit dem Röntgenobservatorium X-ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM) etwa 16 Stunden lang während eines starken Ausbruchs beobachtet. Dessen hochauflösendes Spektrometer Resolve zerlegt die Röntgenstrahlung nach Energie und kann dadurch charakteristische Linien verschiedener Eisenionen sichtbar machen.
Besonders aufschlussreich waren Absorptionslinien von stark ionisiertem Eisen. Sie waren gegenüber ihren Laborenergien zu niedrigeren Energien verschoben. Diese Rotverschiebung zeigt in der Geometrie des Systems, dass sich das absorbierende Plasma vom Beobachter weg und damit auf den Pulsar zu bewegt. Aus dem Ausmaß der Verschiebung ergibt sich eine Geschwindigkeit von ungefähr 540.000 Kilometern pro Stunde.
„Wir haben noch nie zuvor klare Hinweise darauf gesehen, dass Windplasma auf ein kompaktes Objekt fällt. Wir können unser Verständnis dieser Prozesse nun sehr viel detaillierter überprüfen“, erklärt Roi Rahin.
Die entscheidende Beobachtung geht noch darüber hinaus. Zu Beginn der Messung erschienen die Eisenmerkmale vor allem als Absorptionslinien, am Ende dagegen als Emissionslinien. Dazwischen registrierte Resolve Phasen, in denen beide Formen gleichzeitig auftraten. Nach der Studie ist gerade diese Entwicklung ein direkter spektroskopischer Beleg dafür, dass Materie in Richtung des Neutronensterns einströmt und sich die Geometrie des Gases während des Ausbruchs verändert.
Bei Absorption liegt ein Teil des Gases auf der Sichtlinie zur Röntgenquelle und entzieht dem Spektrum bestimmte Energien. Emission zeigt dagegen Röntgenstrahlung des angeregten Gases selbst. Der Wechsel zwischen beiden Zuständen passt deshalb zu einer schnellen Neuordnung des heißen Plasmas im Umfeld von GX 301-2.
„Es war klar, dass diese Beobachtungen bahnbrechend waren, aber zugleich bedeutete das, dass die Analyse besonders detailliert sein musste. Wir konnten sehen, wie sich der dichte Plasmastrom sehr nahe am Neutronenstern verhält“, sagt Nazma Islam vom Manipal Centre for Natural Sciences.
Die Autoren interpretieren die Spektren als Übergang von einem überwiegend radialen Einstrom zu einer stärker quer gerichteten und möglicherweise scheibenartigen Struktur des einströmenden Gases. Die Meldung der National Aeronautics and Space Administration (NASA) beschreibt dazu ein dynamisches Szenario. Demnach kann sich beim Eintritt des Pulsars in den dichten Gasstrom zunächst eine turbulente Akkretionsscheibe bilden, die später zerfällt, wenn dem einströmenden Material genügend Drehimpuls fehlt. In dieser Phase fällt das Plasma direkter auf den Neutronenstern.