Ein mittelalterliches Sammelsurium an Quellen

Ein mittelalterliches Sammelsurium an Quellen

Ein Quellenkatalog, der veränderliche astrophysikalische Phänomene beschreibt, ähnelt einem mittelalterlichen Bestiarium über seltsame Arten.

Es gibt Quellen mit Fluss- oder spektralen Veränderungen, die in regelmäßigen Zeitabständen wiederkehren. Dieses Verhalten wird als „periodische Variabilität" bezeichnet.

Bei allen anderen Quellen sprechen wir von aperiodischer Variabilität. Wenn die Quellen nur kleine Fluktuationen in ihrer Emission zeigen (sagen wir, einen Faktor von weniger als 10 in der Variabilität), so betrachten wir sie als einfache „variable", wenn ihre Fluktuationen mehr als einen Faktor 10 betragen, so nennen wir die Quellen „transient".

Quellen mit aperiodischer Variabilität und/oder transientem Verhalten

Bis vor 50 Jahren beschränkte sich die Suche nach astronomischen Veränderlichen auf Kometen (die aufleuchten, wenn sie sich der Sonne nähern), Novae (riesige Eruptionen auf Sternen geringer Masse) und Supernovae (katastrophale Sternexplosionen). Mit der Geburt der Hochenergieastrophysik öffnete sich ein neues Fenster um zeitlich veränderliche Phänomene zu untersuchen, mit einem extrem dynamischen Himmel und vielen neuen Objektklassen, von denen einige komplett unerwartet waren. Zu den neuen Objekten und astrophysikalischen Prozessen, die dank ihrer transienten – oder hoch veränderlichen – Eigenschaften bei hohen Energien gefunden wurden, zählen:

  • GRBs (Gammastrahlenausbrüche): die energiereichsten kosmischen Explosionen, die wahrscheinlich durch den Kollaps einen massereichen Sterns zu einem schwarzen Loch ausgelöst werden, oder durch die Verschmelzung zweier Neutronensterne;
  • SGRs (Soft Gamma Repeater): kurze Blitze starker Röntgen- und Gammastrahlung, ähnlich zu GRBs, die vermutlich von Neutronensternen mit extrem starken Magnetfeldern stammen;
  • Transiente Röntgen-Doppelsterne: schwarze Löcher, Neutronensterne oder weiße Zwerge, die Materie von ihrem Sternenbegleiter akkretieren;
  • Flare-Sterne: Ausbrüche von magnetisch aktiven Sternen des späten Typs, entweder isoliert oder in Doppelsternsystemen;
  • Blazare: starke Schwankungen der Emission, hauptsächlich im Gammabereich, in den auf uns gerichteten Jets supermassereicher Schwarzer Löcher;
  • TDEs ("tidal disruption events"), die auf das gravitative Einfangen und Zerbrechen eines Sterns im Gezeitenfeld eines supermassereichen schwarzen Lochs zurückgehen;
  • Supernova-Röntgenblitze: erzeugt wenn die Schockwelle des explodierenden Sterns dessen Oberfläche durchbricht.

Allgemein gesprochen wurde bereits mit dem Beginn der Röntgenastronomie klar, dass im Röntgenhimmel die Variabilität dominiert. Fast alle Quellklassen, von akkretierenden Systemen bis hin zur stellaren Korona, zeigen zu einem gewissen Grad und auf unterschiedlichen Zeitskalen eine charakteristische Variabilität im Fluss und/oder der spektralen Form, was den Astronomen wichtige Hinweise auf die Physik der Emission gibt. So lieferten beispielsweise frühe Beobachtungen der sehr schnellen Variabilität von aktiven Galaxienkernen die ersten überzeugenden Argumente für das Standardmodell aus schwarzem Loch und Akkretionsscheibe.

Periodische Quellen

Seit den prähistorischen Bestrebungen einen Kalender zu entwickeln spielten der Nachweis und die Untersuchung von periodischen Phänomenen eine Hauptrolle in der Astronomie. Für viele Arten von Himmelskörpern erhält man die entscheidenden Informationen durch die Beobachtung und die Messung von Periodizitäten. In vielen Fällen stammen diese periodischen Signale von der Rotation eines kompakten Sterns oder der Orbitalbewegung in einem Doppelsystem.

 

Zu den bekannten astronomischen Objekten mit periodischen, hochenergetischen Signalen gehören:

  • akkretierende magnetische Neutronensterne in Doppelsystemen, deren Rotationdauer ansteigt oder abfällt;
  • langsam rotierende, junge Neutronensterne, deren Emission durch die Dissipation von Rotations-, thermischer oder sogar magnetischer Energie angetrieben wird (wie bei klassischen Radiopulsaren, den sogenannten „Magnificent Seven" Neutronensternen und Magnetaren);
  • akkretierende Systeme mit magnetischen weißen Zwergen, wie Polare;
  • Orbitmodulierungen (incl. periodische Abnahme und Bedeckung) des Röntgenflusses im unterschiedlichen Klassen von Röntgendoppelsternen mit akkretierenden Neutronensternen, schwarzen Löchern oder weißen Zwergen (insbesondere bei hoher Inklination).

Bisher wurde ein signifikanter Anteil der Signale zufällig entdeckt, wenn Lichtkurven der Quellen visuell inspiziert wurden, die zufällig im Gesichtsfeld der Instrumente lagen.