Die besonders hohe Empfindlichkeit, mit der das Spektrum-Röntgen-Gamma-Observatorium den Himmel im Röntgenbereich durchmustert, macht die Entdeckung von sehr seltenen und ungewöhnlichen Röntgenquellen möglich. Nach der kürzlich abgeschlossenen dritten Himmelsdurchmusterung identifizierten die Astronomen ein gigantisches, “rundes” Objekt mit dem Namen G116.6-26.1, dessen Winkelgröße acht Mal dem Mond entspricht.

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Seine physische Größe dürfte erstaunliche 600-700 Lichtjahren betragen. Die Autoren der Entdeckung nehmen an, dass es sich um den Überrest einer thermonuklearen Supernova handelt, die vor etwa 40.000 Jahren explodierte. Die Quelle befindet sich hoch über der Scheibe unserer Galaxis, höchstwahrscheinlich im heißen Gas des Milchstraßen-Halos, das nur eine geringe Dichte aufweist. Aufgrund dieser ungewöhnlichen Umgebung ist der Überrest im Röntgenlicht fast zehnmal heller als naive Modelle vorhersagen würden. Dieser und ähnliche Überreste (falls noch weitere gefunden werden) eröffnen einen neuen Weg zur Erforschung des schwer greifbaren, heißen Gas-Halos unserer Galaxie.

Supernova-Überreste (SNR) sind äußerst interessante Objekte, die nach einer Supernova-Explosion entstehen, wenn die Materiehülle, die von dem explodierenden Stern ausgestoßen wird, sich ausdehnt und mit dem umgebenden Gas wechselwirkt. Astronomen haben in unserer Galaxie mehrere hundert SNR identifiziert, deren Alter zwischen Hunderten von Jahren (z. B. Keplers Supernova) und mehreren Zehntausend Jahren liegt. Die Überreste sind oft kreis- oder ringförmig, da das Gas durch die Schockwelle komprimiert wird. Die SRG/eROSITA-Himmelsdurchmusterung im Röntgenbereich hat nun einen weiteren SNR gefunden (Abb. 1); allerdings weisen mehrere Faktoren auf ein ziemlich ungewöhnliches Objekt hin.

Zunächst einmal bedeutet die Lage hoch über der galaktischen Ebene, dass es sich bei der Supernova wahrscheinlich um eine thermonukleare Explosion eines Weißen Zwerges handelt. Während die meisten Supernovae beim Kollaps eines massereichen Sterns entstehen, werden diese hauptsächlich in der Nähe der galaktischen Ebene beobachtet. Thermonukleare Supernovae (die so genannten Supernovae vom Typ Ia) stammen dagegen von massearmen Sternen und können außerhalb der Scheibe, z.B. im “Halo” der Milchstraße, gefunden werden.

Das Röntgenspektrum von G116.6-26.1 (Abb. 2) liefert noch eine weitere wichtige Information. Es stammt von dem durch eine Schockwelle komprimierten Gas, enthält aber die gleichen Linien von wasserstoffähnlichen und heliumähnlichen Sauerstoff-Ionen wie die diffuse Emission des heißen Gases im Halo der Milchstraße. Solche Ionen sind typisch für Gas mit einer Temperatur von 1-2 Millionen Grad. Warum gibt es im Halo und in dem neu entdeckten Objekt die gleichen Ionen? Ist es nur Zufall, dass die Gastemperaturen übereinstimmen? Dies ist zwar möglich, aber es könnte auch eine andere Erklärung geben:

Die Supernova könnte im Halo-Gas selbst explodiert sein. Da die Dichte des Gases im Halo sehr gering ist, dauert eine Änderung der Ionisationsbilanz länger als das Alter der Supernova. Das bedeutet, dass Linien beobachtet werden können, die für die Gastemperatur im Halo charakteristisch sind, auch nachdem das Gas durch die Schockwelle komprimiert und aufgeheizt wurde. Mit anderen Worten: Das Gas “erinnert” sich an seine ursprüngliche Temperatur, selbst wenn es durch die Schockwelle komprimiert wurde.

Dieselbe Annahme impliziert, dass der Supernova-Überrest zu einer Quelle heller Röntgenemission in den Linien von Sauerstoffionen wird, da heißere Elektronen die Energieniveaus der Ionen nun leichter anregen können. Das ist genau der Grund, warum es überhaupt möglich war, diesen SNR zu finden, sonst wäre er viel zu schwach gewesen, um im Röntgenlicht gesehen zu werden. In diesem Modell explodierte eine Supernova vor etwa 40.000 Jahren im Halo der Galaxie, so dass der Überrest nun die gigantische physische Größe von etwa 600-700 Lichtjahren im Durchmesser hat.

Das bedeutet, dass wir solche Supernova-Überreste nutzen können, um das heiße Gas im Halo unserer Galaxie zu untersuchen. Jetzt müssen nur noch einige weitere ähnliche Objekte gefunden werden. Das SRG-Observatorium wird in den kommenden Jahren fünf weitere Durchmusterungen durchführen. Die Astronomen hoffen, dass am Ende der letzten Durchmusterung die Liste der Supernova-Überreste viele neue und interessante Quellen enthalten wird.

Das Spektrum-Röntgen-Gamma (SRG)-Observatorium

Die SRG-Raumsonde wurde von der Lavochkin Association von Roskosmos entwickelt und am 13. Juli 2019 mit einer Proton-Rakete vom Kosmodrom Baikonur aus gestartet. Das SRG-Observatorium wurde unter Beteiligung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Rahmen des Russischen Föderalen Raumfahrtprogramms auf Initiative der Russischen Akademie der Wissenschaften, vertreten durch ihr Institut für Weltraumforschung (IKI), gebaut. Das Observatorium verfügt über zwei einzigartige Röntgenteleskope mit streifendem Einfall: ART-XC (IKI, Russland) und eROSITA (MPE, Deutschland). Das eROSITA-Teleskop wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) und des DLR gebaut. Die SRG-Sonde wird von der Lavochkin Association mit den Deep Space Network Antennen in Bear Lakes, Ussurijsk und Baikonur, betrieben und von Roskosmos finanziert.

Abb. 2 Röntgenspektrum, extrahiert aus einem Kreis mit Radius 1,95 Grad (rote Punkte). Zum Vergleich zeigen die schwarzen Punkte das Spektrum, das aus Regionen in der Nähe des SNR extrahiert wurde. Die blauen Punkte zeigen die Differenz zwischen den roten und schwarzen Punkten, d.h. die Emission, die von dem neu gefundenen SNR-Kandidaten stammt. Diese wird stark von Röntgenlinien von stark ionisiertem Sauerstoff dominiert.  

© MPA
Röntgenbild der 8×8 Grad großen Region um SRGe J0023+3625, aufgenommen während der ersten drei Durchmusterungen von SRG/eROSITA. Die schwache ringförmige Struktur, die im Bild zu sehen ist, ist der neu entdeckte SNR-Kandidat – wahrscheinlich ein Überbleibsel der thermonuklearen Explosion eines kompakten Sterns im heißen Gas des Milchstraßenhalos.  
© SRG/eROSITA

Übernommen vom Max-Planck Institut für Astrophysik.

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