Röntgenpolarimetrie und Entwicklung von isolierten Neutronensternen

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Werner
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409501728

Komplementär zur Spektroskopie ist die Polarimetrie eine wichtige Möglicheit, astronomische Objekte zu studieren. Röntgenpolarisationsstudien sind noch selten, aber die Situation ändert sich derzeit. Röntgenweltraumteleskope mit neuen Instrumenten, die für Polarisationsmessungen bestimmt sind, sind für die kommende Dekade geplant (IXPE, NASA; eXTP, China). Sie werden für die Untersuchung von relativ heissen (Farbtemperatur einige MK), magnetisierten und potentiell magnetisierten Neutronensternen (NS) nützlich sein. In diesem Projekt planen wir die Untersuchung der Polarisationseigenschaften der Röntgenstrahlung von einigen Klassen isolierter (nicht-akkretierender) NS (INS) mit beobachteter thermischer Röntgenemission: Zentrale kompakte Objekte (CCO) in Supernovaüberresten, Röntgen-INS (XINS) und Magnetare. Die Spektren einiger CCO können gut durch einheitliche Kohlenstoffatmosphären erklärt werden. Allerdings kann nicht ausgeschlossen werden, dass sie auch Wasserstoffatmosphären mit besonders heißen Oberflächenregionen aufweisen, ähnlich wie andere CCOs, die Pulsationen zeigen. Polarisationsmessungen können zwischen einheitlichen Kohlenstoffatmosphären und nicht-einheitlichen Wasserstoff- oder Heliumatmosphären unterscheiden. Vorangegangene Untersuchungen wurden mit reinen Wasserstoffatmosphären oder kondensierten NS-Oberflächen durchgeführt. Wir schlagen vor, sie auf partiell ionisierte Heliumatmosphären zu erweitern, da diese für Magnetare eine aus theoretischen Erwägungen realistischere Annahme darstellen. Stark magnetisierte NS haben stark nicht-einheitliche Oberflächentemperaturverteilungen, die sehr viel zuverlässsiger durch polarimetrische Untersuchungen zusätzlich zur Spektroskopie bestimmt werden können. INS-Oberflächentemperaturverteilungen sind das Ergebnis der magneto-thermischen Entwicklung von NS-Kruste und -Kern, die wiederum durch die Physik überdichter Materie reguliert wird. Deshalb können spektroskopische und polarimetrische Untersuchungen der thermischen Röntgenstrahlung von INS nur Hinweise auf die Physik überdichter Materie erlauben, wenn sie im Zusammenhang mit Modellen der magneto-thermischen Entwicklung von NS stehen. Wir werden diese Entwicklung simulieren, um selbstkonsistente Modelle für eine verlässliche Interpretation von Polarisationsmessungen der Röntgenemission von INS zu konstruieren. Neue optische Polarisations- und Röntgenspektralbeobachtungen von thermisch emittierenden INS sowie Simulationen der Röntgenpolarisationsdaten werden durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research
• Kooperationspartner: Dr. Alexander Potekhin