Untersuchungen zu den Endpunkten der Sternentwicklung

Starke Schwerkraft und extreme Magnetfelder verwandeln Neutronensterne und Schwarze Löcher in unvergleichliche Prüfstände der Teilchenphysik, der allgemeinen Relativitätstheorie und für magnetohydrodynamische Phänomene. Das EU-finanzierte Projekt ACCRETION STATES (Multiwavelength spectral timing of black holes and neutron stars: A new step in our understanding of accretion processes) konzentrierte sich auf einen Prozess, des diese astrophysikalischen Quellen antreibt: die Akkretion.

Akkretierende Neutronensterne und Schwarze Löcher gehören zu den hellsten Quellen im Röntgenhimmel. Röntgenbeobachtungen von Neutronensternen ermöglichen Astrophysikern einen Blick auf das Verhalten von Materie unter extremen Bedingungen hinsichtlich Dichte und magnetischer Feldstärke. Andererseits waren akkretierende schwarze Löcher die einzigen astrophysikalischen Objekte, an denen sie Phänomene studieren konnten, die in wenigen Gravitationsradien von ihrer Quelle auftretenden.

Die Forschungen der Wissenschaftler von ACCRETION STATES basierte auf Beobachtungen von mehr als 10 Schwarzen Löchern und 50 Neutronensternen. Dies ist die größte verfügbare Stichprobe von Beobachtungen, von denen man sich einen Bezugspunkt für ihr Verhalten erhofft, um die Akkretionszustände unterscheiden zu können. Diese durch verschiedene spektrale und zeitliche Eigenschaften unterschiedenen Zustände spiegeln die Geometrie und Strahlungseffizienz der Akkretion wider.

Während des sogenannten harten Zustands zu Beginn der Akkretion wird das Röntgenspektrum von Compton-Emission dominiert und zeigt eine hohe Variabilität. Er geht einem weichen Zustand von etwa konstanter Leuchtkraft voraus. Wenn die thermische Akkretion dominiert, klingt die Leuchtkraft der Quelle langsam ab, bis ein umgekehrter Übergang in den harten Zustand auftritt. Dieses als Hysterese bezeichnete Verhalten konnte sowohl bei Neutronenstern-Systemen als auch bei Systemen mit Schwarzen Löchern häufig beobachtet werden.

Diese Ergebnisse wurden in zahlreichen Veröffentlichungen in Fachzeitschriften beschrieben und auf internationalen wissenschaftlichen Konferenzen präsentiert. Das Projekt ACCRETION STATES erweiterte unser empirisches Verständnis der Veränderungen in den Röntgenspektren der Endpunkte der Sternentwicklung sowie einige der zugrundeliegenden Theorien zu deren Ursprung.