Fermi-Teleskop enträtselt Mikroquasar Cygnus X-3

Das Fermi Gamma-ray Space Telescope der NASA konnte nun mit Erfolg den ersten klaren Nachweis hochenergetischer Gammastrahlung von Cygnus X-3 - einem der stärkeren Doppelsternsysteme am Himmel - erbringen. Cygnus X-3 liegt etwa 37.000 Lichtjahre entfernt und ist ein Paar, das ...

Das Fermi Gamma-ray Space Telescope der NASA konnte nun mit Erfolg den ersten klaren Nachweis hochenergetischer Gammastrahlung von Cygnus X-3 - einem der stärkeren Doppelsternsysteme am Himmel - erbringen. Cygnus X-3 liegt etwa 37.000 Lichtjahre entfernt und ist ein Paar, das aus einem heißen, massereichen Stern und einem kompakten Objekt besteht, das mit Lichtgeschwindigkeit zwei gewaltige Radiostrahlung emittierende Materiestrahlen - die sogenannten Jets - ins All schleudert. Die Ergebnisse werden den Wissenschaftler neue Einblicke in die Beschleunigung und Bewegung hochenergetischer Teilchen verschaffen. Die im Wissenschaftsjournal Science veröffentlichten Forschungsergebnisse sind Teil des GAMMARAYBINARIES-Projekts, das im Themenbereich Ideen des Siebten EU-Rahmenprogramms (RP7) nahezu 750.000 EUR an Finanzmitteln erhielt.

Doppelsternsysteme nennt man auch Mikroquasare: Sie sind mit winzig kleinen Versionen ferner Galaxien (z. B. Quasaren) vergleichbar. Experten vermuten, dass diese Galaxien Emissionen aussenden, die durch riesige schwarze Löcher mit Energie versorgt werden.

"Cygnus X-3 ist ein echter Mikroquasar und es ist der erste überhaupt, für den wir die Emission hochenergetischer Gammastrahlung nachweisen können", erklärt Dr. Stephane Corbel von der Paris Diderot Universität in Frankreich, einer der Autoren der Studie.

Die Studie zeigte, dass "die Emission der Gammastrahlen wahrscheinlich aus dem Inneren des Doppelssystems stammt, was neue Bereiche erschließt, in denen die Bildung relativistischer Jets untersucht werden kann."

Astronomen entdeckten das System erstmals im Jahre 1966 als eines der stärksten Röntgenstrahlungsquellen am Himmel. Cygnus X-3 kam überdies 1972 anlässlich eines Radiostrahlungsausbruchs in die Schlagzeilen, als sich seine Radiofrequenzemissionen vertausendfachten. Wissenschaftler sprechen von einem regelmäßigen Auftreten periodischer Radiostrahlungsausbrüche in einem 367-Tage-Zyklus. Die Astronomen benannten Cygnus X-3 als eine der ersten Gammastrahlungsquellen. Aufgrund dieser Beobachtungen waren die Forscher zur Weiterentwicklung und Verbesserung der Gammastrahlungs-Detektortechnik gezwungen. Endergebnis ist nun das Large Area Telescope (LAT) an Bord von Fermi.

Nach Angaben der an dieser Studie beteiligten Forscher befindet sich ein riesiger Wolf-Rayet-Stern im Mittelpunkt von Cygnus X-3. Wolf-Rayet-Sterne sind heiße, stark leuchtende Sterne mit Temperaturen zwischen 25 000 und 50 000 Kelvin. Diese Hitze resultiert darin, dass die Masse des Sterns in einer Form, die Astronomen "Sternenwind" nennen, in den Weltraum "ausblutet".

"In nur 100.000 Jahren stößt dieser schnelle dichte Wind so viel Masse aus dem Wolf-Rayet-Stern ins All ab, wie in etwa unsere Sonne ausmacht", sagt Dr. Robin Corbet von der University of Maryland in den USA. Ein kompakter Begleiter, eingebettet in eine Scheibe aus heißem Gas, drehe sich um den Stern, erläutert Dr. Corbet, wobei er hinzufügt, dass "dieses Objekt sehr wahrscheinlich ein schwarzes Loch ist, aber wir können bisher auch einen Neutronenstern nicht ausschließen".

Das LAT identifizierte Veränderungen im Gammastrahlenauswurf von Cygnus X-3, die mit der 4,8-stündigen Umlaufbewegung des Begleiters im Zusammenhang stehen. Die Forscher entdeckten, dass die hellste Gammastrahlungsemission dann auftritt, wenn die Scheibe am hinteren Ende ihrer Umlaufbahn ist.

"Dies deutet darauf hin, dass die Gammastrahlung aus Interaktionen zwischen den sich schnell bewegenden Elektronen oberhalb und unterhalb der Scheibe und dem UV-Licht des Sterns entstehen", so Dr. Corbel.

Ultraviolette Photonen gewinnen Energie und entwickeln sich zu Gammastrahlung, wenn die Photonen Teilchen treffen, die sich mit einem signifikanten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit bewegen. "Der Prozess funktioniert am besten, wenn ein energetisches Elektron, das bereits auf die Erde zusteuert, frontal mit einem ultravioletten Photon zusammenstößt", erklärt Dr. Guillaume Dubus vom französischen Labor für Astrophysik. "Und das geschieht vor allem dann, wenn sich die Scheibe auf der hinteren Seite dieser Bahn befindet."

Französische, deutsche, italienische, japanisch, schwedische und US-amerikanische Forscher leisteten Beiträge zu dieser Studie.

Das GAMMARAYBINARIES-Projekt ("Exploring the gamma-ray sky: binaries, microquasars and their impact on understanding particle acceleration, relativistic winds and accretion/ejection phenomena in cosmic sources") wird von der Université Joseph Fourier Grenoble 1 in Frankreich koordiniert. GAMMARAYBINARIES wurde 2008 gestartet und endet planmäßig im Jahr 2013.

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