RÖNTGEN-DOPPELSTERNE
Das Chaos hat Methode
von Stefan Deiters
astronews.com
6. Juni 2001

Der Kosmos erscheint auf den ersten Blick chaotisch: Millionen von Sonnen leuchten, Sterne entstehen, sterben oder umkreisen Schwarze Löcher oder Neutronensterne und senden dabei Röntgenstrahlen ins All.  Jetzt haben Astronomen entdeckt, dass die Ausstrahlung der Röntgenstrahlung von diesen Doppelstern-Systemen einem mathematischen Muster zu folgen scheint. 

Schematische Darstellung eines Röntgendoppelsterns: Ein normaler Stern und ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch kreisen um ihren gemeinsamen Massenschwerpunkt. Das Schwarze Loch zieht Materie vom normalen Stern ab, in der Akkretionsscheibe hat sich eine Dichtewelle gebildet.  Etwas später liegt diese in Richtung der größten Anziehung. Als Ergebnis der Wechselwirkung kann wenig später die Röntgenstrahlung deutlich abklingen. Bild: K. Smale - NASA/GSFC/SPS

Die Astronomen Particia Boyd und Alan Smale vom NASA Goddard Space Flight Center  haben während der letzten Jahre die Abstrahlung von drei verschiedenen Röntgen-Doppelsternen verfolgt und dabei ein allen gemeinsames Konzept entdeckt: Die Anzahl der Tage zwischen den Zeitpunkten mit wenig Emission im Röntgenbereich ist zwar in jedem System zufällig verteilt, ist aber immer das Vielfache einer kleinen konstanten Zahl. Dieses Muster in der Röntgenabstrahlung spiegelt nach Ansicht der Forscher die zu Grunde liegende Physik wider, nach der Materie auf einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch spiralt.

"Neutronenstern und Schwarze Löcher können gleichzeitig berechenbar und zufällig sein wie ein Würfelspiel", erläutert Boyd. "Nach vielen Würfen verrät einem die Statistik etwas über den Würfel, nämlich das er sechs verschiedene Seiten hat. Bei einem Doppelsternsystem können wir die Länge der Variationen der Röntgenstrahlung mit der Dynamik der beiden beteiligten Sterne in Verbindung bringen." Die Untersuchung gelang mit Hilfe des NASA Rossi-X-Ray Timing Explorers, mit dem seit fünf Jahren alle Sterne unserer Umgebung untersucht werden, die Variationen im Röntgenbereich zeigen. 

Röntgendoppelsterne bestehen aus einem Schwarzen Loch oder einem Neutronenstern und haben als Begleiter einen normalen Hauptreihenstern. Dabei passiert es, dass der Neutronenstern oder das Schwarze Loch Materie vom normalen Stern abzieht. Das heiße Gas sammelt sich in der sogenannten Akkretionsscheibe und spiralt in das Schwarze Loch oder in den Neutronenstern hinein. 

Boyd und Smale haben eine neue Methode angewandt, um die Physik dieser Akkretionsscheiben zu studieren, bei der die Vorhersagbarkeit der Geometrie der Scheibe kombiniert wird mit der Zufälligkeit von Störungen in dieser Scheibe. Sie wandten dieses Verfahren auf zwei Kandidaten für Schwarze Löcher (Cygnus X-3 und LMC X-3) sowie auf einen Neutronenstern (Cygnus X-2) an.

Cygnus X-2 hat eine Orbitperiode von 9,8 Tagen und die Forscher fanden heraus, dass die Zeit zwischen zwei Minima der Röntgenabstrahlung immer ein Vielfaches von 9,8 ist. Man kann nicht vorhersagen welches Vielfache, doch die Orbitperiode und die Tatsache, dass es sich um ganzzahlige Vielfache handelt steht fest. Auch bei den Schwarzen Löchern fanden Boyd und Smale die gleichen Regeln für langfristigen Variationen. Die Gemeinsamkeiten sprechen nach Ansicht der Forscher dafür, dass der Mechanismus für die Störung der Scheibe an etwas gekoppelt sein muss, das ähnlich vorhersagbar ist wie eine Uhr.

In Frage käme da eine Art Klumpigkeit in der Akkretionsscheibe. Dichtewellen in diesen Scheiben, also Bereiche von höherer Dichte, könnten - wenn sie sich an der richtigen Stelle befinden - zu einer Verstärkung der Gravitationskräfte führen, was die Akkretionsscheibe stark stören und schließlich zu einer deutlichen Verringerung der Röntgenabstrahlung führen könnte. An einer detaillierten Theorie wird derzeit noch gearbeitet: "Das Zusammenspiel zwischen den zufälligen und regelmäßigen Komponenten in diesen Systemen ist wirklich ein Rätsel", so Smale. "Weitere Beobachtungen sollten dieses Muster entweder bestätigen oder noch kompliziertere Zusammenhänge offenbaren."