Unter der Leitung von Wissenschaftler:innen der DTU Space hat ein internationales Team einen dichten und sich schnell drehenden Neutronenstern mit dem Namen 4U 1820-30 entdeckt. Die Entdeckung gelang unter Verwendung des Röntgenteleskops NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) der US-Raumfahrtbehörde Nasa, das seit 2017 auf der Internationalen Raumstation ISS montiert ist.

Ein Neutronenstern besteht aus den Überresten eines großen, massereichen Sterns, der in einer Supernova explodiert ist. Davon wurden bereits einige Tausend entdeckt.

Es handelt sich bei ihnen um die dichtesten Objekte, die im Kosmos beobachtet werden können. 4U 1820-30 etwa hat nur einen Durchmesser von 12 Kilometern, aber eine 1,4-mal größere Masse als die Sonne.

Das Nicer-Röntgenteleskop, das mit der von DTU Space entwickelten Star-Tracker-Technologie ausgestattet ist, wurde exakt auf entfernte Neutronensterne in der gesamten Milchstraße ausgerichtet und registriert extreme thermonukleare Ausbrüche, die atomaren Explosionen ähneln.

Sie entstehen, weil der Neutronenstern aufgrund seiner starken Schwerkraft Material von seinem Begleitstern abzieht. Wenn sich dann genügend Material auf seiner Oberfläche angesammelt hat, kommt es auf dem Neutronenstern zu einer thermonuklearen Explosion, die der einer Atombombe ähnelt.

Diese Ausbrüche leuchten bis zu 100.000-mal heller als die Sonne. Ihre Beobachtung gibt Einblicke in die Lebenszyklen von Neutronensternen und die Entstehung von Elementen im Universum.

4U 1820-30 ist Teil eines „Röntgen-Doppelsternsystems“ im Sternbild Schütze nahe dem Zentrum unserer Galaxie und etwa 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. In einem solchen Röntgen-Doppelsternsystem umkreisen zwei Sterne einander.

Das Besondere an 4U 1820-30 ist, dass der Begleitstern ein Weißer Zwerg ist, der etwa so groß wie die Erde ist. Der Weiße Zwerg umkreist den Neutronenstern in nur 11 Minuten. Es handelt sich damit um das System mit der kürzesten bekannten Umlaufzeit.

„Wir haben thermonukleare Explosionen in diesem System untersucht und dabei bemerkenswerte Schwingungen festgestellt, die darauf hindeuten, dass sich ein Neutronenstern mit erstaunlichen 716 Umdrehungen pro Sekunde um seine Mittelachse dreht“, erklärt Dr. Gaurava K. Jaisawal, leitender Wissenschaftler bei DTU Space und Hauptautor eines kürzlich im Astrophysical Journal veröffentlichten Artikels zu der Beobachtung, die Daten von 2017 bis 2021 und 15 thermonukleare Röntgenausbrüche umfasst.

„Wenn zukünftige Beobachtungen dies bestätigen, wäre der Neutronenstern 4U 1820-30 eines der sich am schnellsten drehenden Objekte, die jemals im Universum beobachtet wurden, und würde nur von einem anderen Neutronenstern namens PSR J1748–2446 übertroffen werden“, ergänzt Dr. Jaisawal.

PSR J1748–2446 ist ein sogenannter Millisekunden-Pulsar, der sich im Kugelsternhaufen Terzan 5 befindet, der ebenfalls im Sternbild Schütze liegt. Dieser Pulsar gehört zu einer besonderen Klasse von Neutronensternen, die sich extrem schnell drehen und dabei regelmäßige Pulse von elektromagnetischer Strahlung aussenden.

Das DTU Space ist das Institut für Raumforschung und Raumtechnologie der Technischen Universität Dänemarks (DTU). Seit den 1960er Jahren erforscht es mit inzwischen rund 210 Mitarbeiter:innen sowohl die Erde als auch das Universum aus dem Weltraum.