Ursprung des galaktischen Röntgenlichts geklärt

Neue Himmelskarte zeigt Millionen bisher unbekannter Objekte

Wissenschafter vom Max-Planck-Institut für Astrophysik haben entdeckt, dass das Röntgenleuchten der Milchstraße von rund einer Million Doppelsternen stammt, in denen jeweils ein Weißer Zwergstern von seinem Begleitstern Gas absaugt, sowie von Hunderten von Millionen gewöhnlicher Sterne mit aktiven Gashüllen. Die Entdeckung wurde durch die genaueste Röntgenkarte unserer Galaxie ermöglicht, die auf zehnjährigen Messungen mit dem Rossi XTE-Satelliten beruht. Die Forscher sind überzeugt, dass das Röntgenleuchten der Milchstrasse nicht - wie lange vermutet - diffus ist, sondern von Hunderten von Millionen einzelner Quellen stammt (Astronomy & Astrophysics, in press).

Nahezu 400 Jahre nachdem Galileo Galilei das schwache Leuchten der Milchstraße auf die Beiträge unzähliger Sterne zurückführte, haben Wissenschaftler mit Hilfe des Rossi X-ray Timing Explorer des NASA nun die verteilte Röntgenstrahlung in der Milchstraße auf dieselbe Weise erklärt.

Der Ursprung dieses sogenannten galaktischen Röntgenhintergrunds blieb lange rätselhaft. Die Forscher sind nun überzeugt, dass das Röntgenleuchten nicht wie lange vermutet diffus ist, sondern von Hunderten von Millionen einzelner Quellen stammt, zumeist Weißen Zwergen, also toten Sternen von der Größe der Erde, aber der Masse unserer Sonne.

Falls dieses Ergebnis durch weitere Messungen bestätigt wird, hat das wichtige Konsequenzen für unser Verständnis der Entwicklung der Milchstraße, ihrer Sternentstehungs- und Supernovarate sowie ihrer Sternentwicklung. Es löst damit wichtige theoretische Probleme, weist aber gleichzeitig auf eine erstaunliche Unterschätzung der Zahl von stellaren Objekten hin.

Astrophysiker des Max-Planck-Instituts für Astrophysik (MPA) in Garching und des Weltraumforschungsinstituts der russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau beschreiben diese Beobachtungen in zwei Artikeln, die von der internationalen Fachzeitschrift "Astronomy & Astrophysics" zur Publikation angenommen wurden.

"Vom Flugzeug aus kann man das diffuse Leuchten einer nächtlichen Stadt sehen", sagt Dr. Mikhail Revnivtsev vom MPA, Erstautor einer der beiden Publikationen. "Aber zu sagen, eine Stadt erzeugt Licht, ist nicht genug. Nur beim Näherkommen kann man die einzelnen Quellen erkennen, von denen die Strahlung stammt, die Lichter der Häuser, Straßenlampen, Autos. In diesem Sinne haben wir jetzt die einzelnen Objekte identifiziert, die zum Röntgenleuchten der Milchstraße beitragen. Unser Ergebnis wird viele Wissenschaftler überraschen."

Röntgenstrahlen sind eine Art Licht hoher Energie, unsichtbar für das Auge und weit hochenergetischer als sichtbares Licht oder ultraviolette Strahlung. Unsere Augen sehen einzelne Sterne verteilt auf einem größtenteils dunklen Himmel. Im Röntgenlicht ist der Himmel nirgends dunkel; er zeigt ein überall vorhandenes und gleichbleibendes Glühen.

Frühere Beobachtungen konnten nicht genügend Röntgenquellen finden, um das Röntgenleuchten der Milchstraße zu erklären. Dies zog theoretische Probleme nach sich. Wenn es Röntgenstrahlung von heißem, diffusem Gas war, dann würde dieses Gas irgendwann "aufsteigen" und aus dem Schwerkraftkäfig der Milchstraße entweichen. Außerdem müsste all dieses heiße Gas von Millionen von vergangenen Sternexplosionen, so genannte Supernovae, stammen, was bedeuten würde, dass unsere Schätzungen für die Zahl entstehender und sterbender Sterne völlig falsch wären.

"Die Strahlung von einzelnen Quellen, die mit Röntgenteleskopen ausgemacht werden konnten, schien nicht mehr als 30 Prozent des Röntgenleuchtens zu erklären", sagt Dr. Jean Swank, Projektwissenschaftler für den Rossi Explorer am NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Viele Forscher glaubten, dass der Löwenanteil der Strahlung wirklich diffuser Natur ist, etwa von heißem Gas zwischen den Sternen stammt. Nun scheint es, als könnte man die gesamte Strahlung durch zwei
Arten von Sternen erklären."

Die neue Studie basiert auf fast zehnjährigen Messungen mit dem Rossi Explorer, die die genaueste Karte unserer Milchstraße im Röntgenlicht hervorgebracht haben. Das Team von Wissenschaftlern kam zu dem Schluss, dass es in unserer Milchstraße tatsächlich von Sternen mit Röntgenemission nur so wimmelt, die größtenteils aber nicht sehr hell sind und deren Zahl daher früher um das Hundertfache unterschätzt worden war.

Überraschenderweise sind die üblichen Verdächtigen für die Herkunft von Röntgenstrahlung, nämlich Schwarze Löcher und Neutronensterne, hier nicht beteiligt. Bei höheren Energien der Röntgenstrahlung wird nahezu die gesamte Strahlung von so genannten "kataklysmischen Variablen" erzeugt.

Kataklysmische Variable sind Doppelsternsysteme, die aus einem recht gewöhnlichen Stern und einem Weißen Zwerg bestehen, der als Überrest eines Sterns wie der Sonne zurückbleibt, wenn der nukleare Brennstoff im Innern aufgebraucht ist. Für sich allein leuchtet ein Weißer Zwerg nur schwach. In einem Doppelsternsystem jedoch kann er Gas von seinem Begleitstern abziehen und sich dabei in einem Vorgang stark aufheizen, den man "Akkretion" nennt. Das akkretierte Gas wird dann so heiß, dass es intensive Röntgenstrahlung abgibt.

Bei etwas geringeren Röntgenenergien stammt das galaktische Glühen zu einem Drittel von kataklysmischen Variablen und zwei Dritteln von aktiven Vorgängen in der heißen Gashülle, der Korona, von Sternen. In den meisten Fällen findet die Koronaktivität bei Sternen in Doppelsystemen statt, in denen ein naher Begleitstern die äußeren Schalen des Sterns stark "aufrührt". Dies führt zu Ausbrüchen ähnlich den solaren Flares, bei denen Röntgenstrahlung frei wird. Die Wissenschaftlergruppe schätzt, dass es rund eine Million kataklysmischen Variable und nahezu eine Milliarde aktive Sterne in unserer Milchstraße gibt. Beide Zahlen bedeuten, dass frühere Schätzungen deutlich zu niedrig lagen.

"Wie eine medizinische Röntgenaufnahme enthüllt die Karte des galaktischen Röntgenhintergrunds Feinheiten der Struktur unserer Heimatgalaxie", sagt Revnivtsev. "Wir können durch unsere gesamte Milchstraße hindurch sehen und einzelne Röntgenquellen zählen. Dies ist von großer Bedeutung für die Astronomen, die die

Entwicklung von Sternen mit Computern berechnen."

Der Rossi Explorer Satellit wurde im Dezember 1995 gestartet. Das Projekt wird vom NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, geleitet.