Neueste Erkenntnisse zu den Ausbrüchen von XTE J1701-462

XTE J1701-462 ist ein Sternsystem, das als niedrig-massives Röntgenbinares (LMXB) bekannt ist. Dieses System wurde 2006 entdeckt und besteht aus einem Neutronenstern, der super dicht ist, und einem niedrig-massiven Stern, der ihn umkreist. Solche Systeme sind spannend, weil sie unterschiedliche Verhaltensweisen zeigen können, je nachdem, wie viel Material sie von ihrem Begleitstern anziehen.

#Entdeckung und Beobachtungen

2006 war XTE J1701-462 das erste bekannte System, das klar zeigte, dass es Unterschiede im Verhalten zwischen zwei Gruppen von Neutronensternen gibt, wenn sie Material in unterschiedlichem Tempo anziehen. Beobachtungen aus 2006 und 2007 zeigten, dass dieses System während eines Ausbruchs, bei dem es Material schnell anzogen hat, einen Jet produzierte, also einen Materialstrom, der ins All geschleudert wird.

2022 trat XTE J1701-462 in einen weiteren Ausbruch ein, und Wissenschaftler führten 29 Beobachtungen mit dem MeerKAT-Radioteleskop durch. Die erste Detektion von Radiosignalen aus dem System fand am 16. September 2022 statt und dauerte bis Mitte Dezember 2022, mit Überwachungen der Radioaktivität bis zum 25. März 2023. Die Ergebnisse wurden zusammen mit Röntgendaten aus einer anderen Quelle analysiert.

#Radio- und Röntgenbeobachtungen

Während des neuen Ausbruchs 2022 zeigten die Radiosignale Anzeichen von mindestens drei starken Ereignissen, die die Wissenschaftler als Flares bezeichneten, in den ersten hundert Tagen. Der stärkste Flare hatte eine hohe Energieausgabe. Diese aktuelle Aktivität wurde mit Beobachtungen aus dem früheren Ausbruch 2006/2007 verglichen. Es fiel auf, dass die Radiosignale beim letzten Ausbruch länger erfasst wurden, wahrscheinlich wegen häufigerer Beobachtungen.

Ausserdem schauten sich die Wissenschaftler an, wie polarisiert die Radiosignale während dieses Ausbruchs waren, also wie die Signale oszillieren. Die Polarisation lag unter 9%, als die Quelle 2022 auch in Röntgenstrahlung detektiert wurde.

#Verständnis von niedrig-massiven Röntgenbinaries

Niedrig-massive Röntgenbinaries bestehen aus einem kompakten Objekt, das entweder ein Neutronenstern oder ein schwarzes Loch sein kann, und einem niedrig-massiven Stern. Das kompakte Objekt zieht Material durch eine Scheibe von seinem Begleitstern an. Dieser Prozess führt zu Röntgenausbrüchen, wenn eine grosse Menge Material schnell übertragen wird.

Die Jets aus diesen Systemen zeigen eine Verbindung zwischen der Helligkeit der Radiosignale und der Menge an Röntgenstrahlung, die emittiert wird. Diese Beziehung kann auch bei massiveren schwarzen Löchern beobachtet werden, was auf eine gewisse Konsistenz im Verhalten dieser Systeme hinweist.

Die Verbindung zwischen Radiosignalen und Röntgenstrahlung von Neutronensternen und schwarzen Löchern kann jedoch ziemlich unterschiedlich sein. Neutronensterne werden als effizienter beim Ausstrahlen von Licht angesehen, weil das Material, das sie anziehen, ihre Oberfläche erreicht, während schwarze Löcher Energie verlieren, wenn Material in sie eindringt.

#Arten von Neutronensternquellen

Es gibt verschiedene Arten von Neutronensternen, die basierend auf ihren Magnetfeldern und ihrem Verhalten beim Anziehen von Material kategorisiert werden. Die Z-Quellen und Atoll-Quellen sind zwei Kategorien von Neutronensternsystemen, die deutliche Muster in ihrer Röntgenemission zeigen.

Z-Quellen neigen dazu, eine höhere Röntgenhelligkeit zu haben und folgen einem „Z“-Muster in Graphen ihrer Farben und Helligkeit über die Zeit. Diese Quellen können in zwei Gruppen unterteilt werden, basierend auf der Form ihrer Muster während Ausbrüchen. Sco-ähnliche Systeme zeigen sehr starke und schnelle Helligkeitsänderungen, während Cyg-ähnliche Systeme allmählichere Veränderungen aufweisen.

Atoll-Quellen hingegen arbeiten bei niedrigeren Helligkeitslevels und zeigen andere Muster, die länger brauchen können, um sich zu entfalten. Ihre Röntgenmuster werden als extreme Insel-, Insel- und Bananenzustände bezeichnet, die sich auf die Änderung ihrer Röntgenstrahlung von hart zu weich beziehen.

Der Vergleich von Z-Quellen und Atoll-Quellen kann den Wissenschaftlern helfen, mehr darüber zu erfahren, wie diese beiden Gruppen zueinander in Beziehung stehen.

#Übergangsverhalten von XTE J1701-462

XTE J1701-462 hat einen Übergang zwischen den zwei Verhaltensweisen gezeigt, die in Z-Quellen und Atoll-Quellen zu sehen sind. Als es 2006 entdeckt wurde, zeigte es Merkmale einer Z-Quelle und war die erste transiente Quelle seiner Art, die diese Eigenschaften aufwies.

In den ersten Wochen nach seiner Entdeckung wechselte dieses System von einem Cyg-ähnlichen Muster zu einer Sco-ähnlichen Z-Quelle. Schliesslich zeigte es während seines Rückgangs mehr Verhaltensweisen einer Atoll-Quelle. Der Ausbruch 2006/2007 war bemerkenswert wegen seiner breiten Helligkeitsspanne, die sich von hoher Helligkeit zu viel niedrigeren Werten im Laufe der Zeit hin bewegte.

Im jüngsten Ausbruch 2022/2023 beobachteten die Wissenschaftler mehrere Flares in sowohl Radio- als auch Röntgenemissionen. Ihre Analyse ergab, dass die Quelle während des Beobachtungszeitraums von über 200 Tagen anscheinend in einem Z-Zustand blieb, was sich von den Beobachtungen aus 2006/2007 unterscheidet.

#Vergleich von Ausbrüchen

Die Unterschiede zwischen den Ausbrüchen von 2006/2007 und 2022/2023 liefern wertvolle Einblicke in das Verhalten des Systems über die Zeit. Während des jüngsten Ausbruchs bemerkten die Wissenschaftler mehr Radioflares im Vergleich zum früheren Ausbruch. Dies könnte jedoch auf konsistentere Beobachtungen während der neuesten Ereignisse zurückzuführen sein.

Die Lichtkurven von Radio und Röntgen wurden ebenfalls verglichen, um zu zeigen, wie die Helligkeit während jedes Ausbruchs variierte. Die aktuellen Daten positionierten XTE J1701-462 innerhalb eines bestimmten Bereichs auf einem Graphen, der die Beziehung zwischen Radio- und Röntgenhelligkeit darstellt. Das zeigt, dass es sich in einem ähnlichen Bereich wie andere Z-Quellen befindet.

#Polarisation und Flare-Eigenschaften

Die Studie beschäftigte sich auch mit der Polarisation von XTE J1701 während beider Ausbrüche. Polarisation bezieht sich darauf, wie die Radiosignale oszillieren. Im letzten Ausbruch wurden obere Grenzen für die Polarisation bestimmt, die weniger als 9% Polarisation während wichtiger Beobachtungen zeigten.

Die Eigenschaften der beobachteten Flares wurden analysiert, wobei die geringste Energie, die an jedem Flare-Peak produziert wurde, und das Potenzial zur Identifizierung der Grösse und Temperatur der Jets aufgedeckt wurden. Vergleiche mit anderen Systemen, wie schwarzen Löchern, deuteten darauf hin, dass Neutronensterne wie XTE J1701 möglicherweise weniger leistungsstarke Flares erzeugen.

#Fazit und zukünftige Forschung

Die laufende Forschung zu XTE J1701-462 erweitert das Verständnis dafür, wie Neutronensterne sich verhalten, besonders während Ausbrüchen. Informationen, die aus den Radio- und Röntgenemissionen gesammelt wurden, helfen Wissenschaftlern, verschiedene Sternarten und ihre Prozesse zu vergleichen. Zukünftige Studien mit besseren Datensammlungen könnten noch mehr Einblicke in die Verhaltensweisen und Mechanismen hinter diesen Systemen geben und dazu beitragen, die Beziehungen zwischen verschiedenen Arten von Neutronensternen zu klären.