INTEGRAL entdeckt neues Stern-Paar und bewältigt Teilchenschauer

Künstlerische Darstellung eines Binärsystems
1 November 2003

Seit einem Jahr ist das Gammastrahlen-Observatorium INTEGRAL außergewöhnlichen Ereignissen auf der Spur. Passend zum Jubiläum spürte das ESA-Teleskop eine neue, eigentümliche Binär-Klasse von astronomischen Objekten auf: in dichte Wolken aus kühlem Gas eingebettete Doppelsternsysteme, deren zweiter Partner kein Stern, sondern ein Schwarzes Loch oder Neutronenstern ist.

Bevor es zur endgültigen Klärung des neu entdeckten Gammastrahlen-Geheimnisses kommt, musste INTEGRAL am 29. Oktober vorübergehend in den Zwangs-Ruhestand versetzt werden. Der seit 14 Jahren stärkste Sonnensturm könnte sonst Anlagen des Teleskops beschädigen.
In den Kontrollräumen des Europäischen Satellitenkontrollzentrums der ESA in Darmstadt (ESOC) herrscht deshalb derzeit Hochbetrieb. Die Spezialistenteams müssen für die vom ESOC betreuten Raumflugkörper vor einem außergewöhnlich starken Sturm solarer elektrisch geladener Teilchen, der die Erde am 29. Oktober erreichte, sichern. Bei einigen Satelliten, wie beispielsweise INTEGRAL, wurden die wissenschaftlichen Instrumente sogar für einige Tage abgeschaltet, um die empfindlichen elektronischen Systeme zu schützen.

Teilchenschauer stören Satelliten

Am 28. Oktober 2003 aufgenommener Ausbruch der Sonne

Der von der Sonne kommende Teilchenschauer tritt in Wechselwirkung mit dem Erdmagnetfeld. Dabei werden Ströme in der Ionosphäre erzeugt, die wiederum sowohl starke als auch rasche Änderungen der Stärke und Richtung des Erdmagnetfeldes bewirken. Die Stromstärke kann dabei mehrere Millionen Ampere betragen. Dies führt zu einer Aufheizung der oberen Atmosphäre, innerhalb der sich die Bahnen vieler Satelliten befinden. Das hat aber auch zahlreiche Folgen für unsere technisierte Gesellschaft. Der Funkverkehr wird gestört, selbst Energieanlagen sind gefährdet.

Aber auch die Satelliten in der Erdumlaufbahn werden nicht verschont. Die energiereichen Teilchen, besonders Protonen, erzeugen Schäden in den integrierten Schaltkreisen von Bordsystemen. Besonders Datenspeicher und Computerbausteine sind gefährdet. Eine willkommene Angriffsfläche bieten auch die für die Energie-Erzeugung wichtigen Solarzellenflächen, wo die Protonen ebenfalls Schäden anrichten können. Und manche wissenschaftlichen Instrumente erhalten unter dem Bombardement keine vernünftigen Daten. Dazu gehören auch die hochempfindlichen Gammastrahlendetektoren an Bord von INTEGRAL und die Röntgenstrahleninstrumente von XMM-Newton. Der Einschlag der hochenergetischen Protonen spiegelt bei INTEGRAL das Vorhandensein Gammastrahlen aussendender Objekte im Weltall vor. So bleibt den Wissenschaftlern nichts anderes übrig, als auf das Ende des Sturms zu warten.

Das versteckte Schwarze Loch

Der Satellit XMM-Newton

Für die Wissenschaftler gibt es dennoch keine Pause, denn eine Unmenge der seit dem 17. Oktober 2002 gewonnenen INTEGRAL-Daten müssen ausgewertet werden. Und dabei kommen sicher weitere interessante Entdeckungen ans Tageslicht.
Ein Wissenschaftlerteam hat in einer Sonderausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Astronomy and Astrophysics“ die im ersten INTEGRAL-Jahr gewonnenen Erkenntnisse veröffentlicht. Dabei wird auch eine ungewöhnliche Entdeckung beschrieben. Es handelt sich hierbei um das kosmische Objekt IGRJ16318-4848. Die Entfernung konnte nicht eindeutig bestimmt werden, allerdings vermuteten die Astronomen, dass es sich in unserer Galaxie befindet. Eine tiefgründige Analyse führte schließlich zu der Annahme, dass es sich um ein so genanntes Binärsystem handelt. Derartige Systeme bestehen aus einem Schwarzen Loch oder einem Neutronenstern sowie einem supermassiven Stern, der deutlich massereicher als unsere Sonne ist.

Binäre Sternsysteme sind den Astronomen schon länger bekannt, allein in unserer galaktischen Nachbarschaft sind bisher über 300 Exemplare entdeckt worden und IGRJ16318-4848 könnte einfach ein weiteres System sein. Doch etwas war hier anders. Warum wurde dieses Objekt noch nicht mit anderen Teleskopen entdeckt?
Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass eine dicke Schicht eines undurchsichtigen Materials das Binärsystem umschließt, so dass nur die energiereiche Gammastrahlung diese Schale passieren kann. Das würde auch erklären, warum IGRJ16318-4848 nicht schon früher von anderen Instrumenten, welche energieärmere Strahlung – wie das sichtbare Licht oder die Infrarotstrahlung beobachten können – entdeckt worden war.

Um diese Theorie zu überprüfen wurde das ESA-Röntgenstrahlen-Teleskop XMM Newton, ebenfalls von ESOC gesteuert, auf das neu entdeckte Binärsystem gerichtet. Röntgenstrahlung ist – wie Gammastrahlung – energiereiche Strahlung und gilt damit als ein Wegweiser zu außergewöhnlichen Objekten.
Und tatsächlich fand der europäische Röntgensatellit das System IGRJ16318-4848 genauso wie die Wolke aus kühlem Gas, die den Großteil der im Binärsystem entstehenden Strahlung abschirmt. Sie hat ungefähr den Durchmesser der Erdumlaufbahn um die Sonne und besteht wahrscheinlich aus Gas, das vom supermassiven Stern im Binärsystem emittiert wird. Die Astronomen vermuten, dass die ungeheure Gravitation des Schwarzen Loches die Gaswolke in die Form einer Schale um das gesamte System zwingt.

Nun stellt sich die Frage, wie häufig solche versteckten kosmischen Objekte im Weltall vorkommen. Das Satellitenduo INTEGRAL und XMM hat bereits zwei weitere Objekte in undurchsichtigen Gaswolken entdeckt. Wie viele werden die künftigen Beobachtungen noch aufdecken? „Diese frühen Beispiele von Forschungsergebnissen unter der kombinierten Nutzung der ESA-Forschungssatelliten INTEGRAL und XMM-Newton zeigen das große Potential künftiger Entdeckungen in der Hochenergie-Astrophysik“ freute sich der ESA-Projektwissenschaftler für INTEGRAL, Christoph Winkler über die spektakulären Entdeckungen, denen sicher in den nächsten Jahren noch weitere folgen werden.

Kontakte:

Christoph Winkler
ESA ESTEC, Niederlande
Tel.: +31 71 565 3591
E-Mail: Christoph.Winkler@rssd.esa.int

Roland Walter
Integral Science Data Centre, Schweiz
Tel.: +41 22 950 91 28
E-Mail: Roland.Walter@obs.unig.ch

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