Wissenschaftler am H.E.S.S.-Observatorium in Namibia haben die energiereichsten Gammastrahlen jemals von einem Pulsar, einem toten Stern, gemessen. Diese Gammastrahlen erreichten eine Energie von 20 Teraelektronenvolt, etwa zehn Billionen Mal die Energie sichtbaren Lichts. Diese Beobachtung stellt die aktuelle Theorie darüber, wie diese Gammastrahlen entstehen, in Frage, wie in der Fachzeitschrift Nature Astronomy berichtet wurde.
Pulsare sind Überreste von Sternen, die in einer Supernova explodiert sind. Sie sind kleine, dichte Sterne mit einem Durchmesser von etwa 20 Kilometern und einem starken Magnetfeld. Pulsare senden Strahlen von elektromagnetischer Strahlung aus, die als regelmäßige Impulse beobachtet werden können. Wissenschaftler glauben, dass die Quelle dieser Strahlung schnelle Elektronen sind, die im Magnetosphärenbereich des Pulsars erzeugt und beschleunigt werden, der die Region um den Stern herum ist.
Der Vela-Pulsar, der sich im Sternbild Vela befindet, ist der hellste Pulsar im Radiobereich und die hellste Gammastrahlenquelle im Giga-elektronenvolt-Bereich. Jedoch endet seine Strahlung abrupt über ein paar GeV, was darauf hindeutet, dass die Elektronen aus der Magnetosphäre des Pulsars entweichen.
Mit tiefen Beobachtungen mit H.E.S.S. haben Wissenschaftler eine neue Komponente der Strahlung bei noch höheren Energien entdeckt, die bis zu mehreren Teraelektronenvolt reicht. Diese Komponente tritt in denselben Phasenintervallen wie die Strahlung niedrigerer Energien im GeV-Bereich auf. Die Entdeckung stellt das aktuelle Verständnis von Pulsaren in Frage und erfordert ein Überdenken, wie diese natürlichen Beschleuniger funktionieren. Die herkömmliche Erklärung, dass Partikel entlang der Magnetfeldlinien im Inneren oder leicht außerhalb der Magnetosphäre beschleunigt werden, kann diese Beobachtungen nicht vollständig erklären.
Die Forscher schlagen vor, dass die Partikel durch einen Prozess namens magnetischer Rekonnektion jenseits des Lichtzyliners beschleunigt werden könnten, während das Rotationsmuster des Pulsars erhalten bleibt. Selbst dieses Szenario hat jedoch Schwierigkeiten, zu erklären, wie eine derart extreme Strahlung erzeugt wird.
Trotz der Herausforderungen eröffnet diese Entdeckung neue Möglichkeiten, um andere Pulsare im Teraelektronenvolt-Bereich zu entdecken und ein besseres Verständnis für extrem starke Beschleunigungsprozesse in stark magnetisierten astrophysikalischen Objekten zu gewinnen.
Einführung
Überblick über die kürzlich von Wissenschaftlern des H.E.S.S.-Observatoriums in Namibia gemachte Entdeckung der bisher höchsten energiereichen Gammastrahlen von einem Pulsar. Erwähnung der Veröffentlichung der Beobachtung in der Zeitschrift Nature Astronomy.
Was sind Pulsare?
Erklärung von Pulsaren als Überreste von Supernovae und deren Eigenschaften wie Größe, Dichte und starke Magnetfelder. Einführung des Konzepts von Pulsarstrahlen und ihrer regelmäßigen Intervalle.
Die Magnetosphäre eines Pulsars
Erklärung der Magnetosphäre eines Pulsars als dem Stern umgebende Region und Quelle seiner elektromagnetischen Strahlung. Diskussion des herkömmlichen Verständnisses von Teilchen, die entlang der magnetischen Feldlinien innerhalb oder leicht außerhalb der Magnetosphäre beschleunigt werden.
Der Vela-Pulsar
Einführung des Vela-Pulsars als hellsten Pulsars im Radiobereich und hellste Gammastrahlenquelle im Gigaelektronenvolt-Bereich. Erwähnung des plötzlichen Abbruchs seiner Strahlung oberhalb von einigen GeV und der Auswirkungen auf das Entkommen von Elektronen aus der Magnetosphäre des Pulsars.
Entdeckung von energiereichen Gammastrahlen
Erklärung der tiefen Beobachtungen mit H.E.S.S., um eine neue Komponente von Strahlung in noch höheren Energien – im Bereich von zehn Teraelektronenvolt – zu entdecken. Diskussion des Zusammenhangs zwischen dieser hochenergetischen Strahlung und der in GeV-Bereich beobachteten niederenergetischen Strahlung.
Herausforderungen für das derzeitige Verständnis
Erläuterung der Herausforderungen, denen die derzeitige Theorie der Pulsare gegenübersteht, um die beobachteten energiereichen Gammastrahlen zu erklären. Diskussion der Unfähigkeit, die Beobachtungen vollständig mit der traditionellen Erklärung der Teilchenbeschleunigung entlang magnetischer Feldlinien zu erklären.
Neues Denken über Pulsarbeschleunigungsmechanismen
Einführung in den Vorschlag der Forscher, dass die beobachteten energiereichen Gammastrahlen das Ergebnis von Teilchenbeschleunigung durch magnetische Rekonnektion jenseits der Lichtzylinder sein könnten, während das Rotationsschema des Pulsars erhalten bleibt. Anerkennung der Schwierigkeiten bei der Erklärung der extremen Strahlungsproduktion in diesem Szenario.
Auswirkungen und zukünftige Aussichten
Diskussion der Auswirkungen dieser Entdeckung für zukünftige Forschungen in der Astrophysik. Erwähnung der Möglichkeit, andere Pulsare im Teraelektronenvolt-Bereich zu entdecken und ein besseres Verständnis von extremen Beschleunigungsprozessen in hochmagnetisierten astrophysikalischen Objekten zu erlangen.
Neue Möglichkeiten für die Entdeckung und das Verständnis
Erklärung der neuen Möglichkeiten, die diese Entdeckung bietet, einschließlich der Möglichkeit, andere Pulsare zu entdecken, die energiereiche Gammastrahlen emittieren, und unser Wissen über extreme Beschleunigungsprozesse voranzubringen.
Fazit
Zusammenfassung der bahnbrechenden Entdeckung der bisher höchsten energiereichen Gammastrahlen von einem Pulsar durch Wissenschaftler des H.E.S.S.-Observatoriums. Betonung der Herausforderungen, denen das derzeitige Verständnis von Pulsaren gegenübersteht, und des Potenzials für weitere Fortschritte in der Astrophysik.
