Ein gemeinsames Forschungsteam der Nationalen Astronomischen Observatorien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Tsinghua-Universität hat Radiopulse von einem jungen Neutronenstern entdeckt, der lange Zeit als „radioleise" galt – einem zentralen kompakten Objekt. Die entsprechenden Ergebnisse wurden online in der internationalen Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht. Der Artikel trägt den Titel „Pulsed radio emission from a central compact object" und untersucht das typische junge zentrale kompakte Objekt 1E 1207.4–5209. Dieses Objekt befindet sich im Zentrum eines Supernova-Überrests, ist im Röntgenbereich seit langem hell sichtbar, wurde jedoch im Radiowellenbereich kontinuierlich nicht als pulsierendes Signal detektiert. Die Entdeckung durchbricht den langjährigen Beobachtungszustand der „Radioleise" zentraler kompakter Objekte und liefert neue Beobachtungsbelege für die Erforschung von Magnetfeldern, Strahlungsmechanismen und Evolutionspfaden junger Neutronensterne.

Zentrale kompakte Objekte sind eine besondere Art innerhalb der Familie der Neutronensterne. Sie treten typischerweise im Zentrum von Supernova-Überresten auf, besitzen die Merkmale junger Neutronensterne, weisen jedoch seit langem keine bestätigten Radiopulssignale auf, weshalb sie stets ein schwieriges Forschungsobjekt in der Neutronenstern-Evolution darstellten.

Neutronensterne entstehen, wenn massereiche Sterne am Ende ihrer Entwicklung unter Gravitationskollaps und einer Supernova-Explosion kollabieren. Sie besitzen eine extrem hohe Dichte, sind weitaus kleiner als gewöhnliche Sterne und ihr physikalischer Zustand liegt zwischen dem von Weißen Zwergen und Schwarzen Löchern. Nach der Entdeckung von Pulsaren im Jahr 1967 etablierte die Wissenschaft nach und nach das grundlegende Bild, dass junge Neutronensterne durch starke Magnetfelder und schnelle Rotation Radiopulse erzeugen können. Zentrale kompakte Objekte wichen jedoch lange Zeit von diesem Bild ab: Sie sind im Röntgenbereich deutlich sichtbar, ihre Position stimmt mit dem Zentrum von Supernova-Überresten überein und sie besitzen die charakteristischen Merkmale junger Neutronensterne, doch jahrzehntelange Durchsuchungen mit Radioteleskopen ergaben keine eindeutigen Radiopulssignale. Dieser Widerspruch erschwerte es den Forschern zu beurteilen, ob zentrale kompakte Objekte tatsächlich nicht zur Radioemission fähig sind oder ob die Radiosignale zu schwach sind, um mit herkömmlichen Beobachtungen erfasst zu werden.

Die aktuelle Detektion bestätigt, dass 1E 1207.4–5209 tatsächlich ein schwacher Radiopulsar ist, dessen Radiopulsperiode mit der Röntgenperiode von 0,4 Sekunden übereinstimmt. Der Artikel weist zudem darauf hin, dass eine Polarisationsanalyse zeigt, dass der Radiostrahl nahe der Magnetpolrichtung die Sichtlinie durchquert, was darauf hindeutet, dass die schwache Radioemission eine innere physikalische Ursache hat.

Dieses Ergebnis hat unmittelbare Bedeutung für das Verständnis der Evolution junger Neutronensterne. Bisher wurden zentrale kompakte Objekte oft als eine Klasse junger Neutronensterne mit schwachem Magnetfeld und fehlender Radioemission angesehen, deren Beziehung zu gewöhnlichen jungen Radiopulsaren unklar war. Nach der Entdeckung von Radiopulsen wird die Grenze zwischen zentralen kompakten Objekten und Pulsaren neu geöffnet: Zumindest einige zentrale kompakte Objekte besitzen die Fähigkeit zur Radiopulsemission, jedoch sind die Signale sehr schwach und erfordern hochempfindliche Beobachtungen sowie eine feinere Datenanalyse, um identifiziert zu werden. Der Artikel stellt auch die These auf, dass solche Objekte mit dem allmählichen Verschwinden des Supernova-Überrests in Zukunft fälschlicherweise für gewöhnliche, sehr alte Pulsare gehalten werden könnten, was die Einschätzung von Astronomen hinsichtlich des Alters, der Magnetfeldstärke und des Evolutionsstadiums von Neutronensternen beeinflussen würde.

Die Entdeckung von Radiopulsen liefert auch neue Hinweise auf die Magnetfeldentwicklung von Neutronensternen. Junge Neutronensterne gelten üblicherweise als Träger starker Magnetfelder und schneller Rotation, während das schwache Magnetfeld zentraler kompakter Objekte diese Annahme lange Zeit in Frage stellte. Die vorliegende Studie verknüpft die Röntgenperiode, die Radiopulse und die Polarisationsinformationen, sodass die Forscher die magnetische Feldgeometrie, die Strahlungsregion und die Energieabgabemechanismen neu bewerten können. Für die Physik der Pulsare trägt diese Entdeckung dazu bei, zu erklären, warum einige junge Neutronensterne helle Radiopulse aussenden, während andere nur im Röntgenbereich identifiziert werden können, und hilft, das frühe Evolutionsbild kompakter Objekte nach Supernova-Explosionen zu vervollständigen.

Diese Ergebnisse zeigen auch, dass hochempfindliche Radiobeobachtungen die Grenzen der Neutronensternforschung erweitern. Die Anzahl zentraler kompakter Objekte ist begrenzt, und die Kandidatenquellen sind generell schwach, sodass die bisherigen Beobachtungsbedingungen es nicht erlaubten, die Nachweisschwelle kontinuierlich zu senken. Mit der Verbesserung der Empfindlichkeit von Radioteleskopen, der Polarisationsbeobachtungsfähigkeiten und der Datenverarbeitungsmethoden besteht nun die Möglichkeit, viele zuvor als „radioleise" eingestufte Objekte erneut zu überprüfen. Sollten in Zukunft in weiteren zentralen kompakten Objekten ähnliche Radiopulse entdeckt werden, könnte die Wissenschaft eine vollständigere Stichprobe erstellen und weiter beurteilen, ob diese jungen Neutronensterne allgemein schwache Emissionen aufweisen oder ob nur wenige Individuen die Bedingungen für Radioemission erfüllen.

Die Entdeckung von Radiopulsen in einem zentralen kompakten Objekt durch das chinesische Forschungsteam markiert einen wichtigen Fortschritt in der Beobachtungsforschung junger Neutronensterne. Sie bringt ein Problem, das lange Zeit auf theoretischen Vermutungen und Nichtergebnissen beruhte, in eine neue Phase der Messbarkeit, Vergleichbarkeit und weiteren Verfolgbarkeit. Für die astronomische Forschung ist dies nicht nur die Entdeckung eines Radiosignals, sondern auch die Herstellung neuer Verbindungen zwischen der Entstehung von Neutronensternen, der Magnetfeldentwicklung, der Verbindung zu Supernova-Überresten und der Klassifizierung von Pulsar-Populationen. Die anschließende Durchführung tiefergehender Radiosuchen nach weiteren zentralen kompakten Objekten wird darüber entscheiden, ob diese Entdeckung das gesamte Evolutionsverständnis junger Neutronensterne weiter umschreiben kann.