PULSARE
Teilzeit-Pulsar begeistert Forscher
von Stefan Deiters
astronews.com
9. März 2006

Mit Hilfe des 76-Meter Radioteleskops der Universität Manchester in Jodrell Bank haben Astronomen einen recht merkwürdigen Pulsar aufgespürt: Der rotierende Neutronenstern scheint sich regelmäßig für einen Monat abzuschalten. Das eigentümliche Verhalten ist für die Wissenschaftler jedoch eine einmalige Gelegenheit, die Theorien über diese Objekte zu prüfen.

So stellen sich Astronomen einen Pulsar vor. Bild: Michael Kramer / Jodrell Bank Observatory [Großansicht mit detaillierter Erklärung]

Bei Pulsaren handelt es sich um äußerst kompakte, magnetische Neutronensterne, die nach der Explosion eines massereichen Sterns zurückbleiben. Sie werden oftmals auch als kosmische Leuchtfeuer bezeichnet, da sie sich um die eigene Achse drehen und dabei einen eng gebündelten Strahl aus Radiowellen ins All senden. "Mit Pulsaren wird der Traum eines jeden Physikers war", ist sich Dr. Michael Kramer vom Jodrell Bank Radioteleskop der University of Manchester sicher. "Sie sind aus der merkwürdigsten Materie gemacht, die man im Universum findet und rotieren sehr gleichmäßig, was sie quasi zu kosmischen Uhren macht." Allerdings hat der "Traum" ein Problem: "Wir wissen nicht, wie diese Uhren funktionieren. Aber der Fund sollte uns helfen, dieses Problem zu lösen."

Der von Kramer und seinen Kollegen gefundene Pulsar ist nur in Abständen aktiv: Für ungefähr eine Woche zeigt er das Verhalten eines normalen Pulsars, doch dann schaltet er sich quasi ab und fängt erst wieder rund einen Monat später an erneut aktiv zu sein. Mit dieser Eigenschaft ist der Pulsar mit Namen PSR B1931+24 bislang einmalig und bietet so den Forschern die Möglichkeit, den Stern in seiner ruhigen und aktiven Periode zu studieren. In seiner Ruhephase ist PSR B1931+24 sehr schwer zu entdecken, was natürlich den Schluss zulässt, dass es noch sehr viele ähnliche Objekte geben muss, die bislang unentdeckt sind.

"Nach der Entdeckung von Pulsaren haben Theoretiker versucht, ihre Eigenschaften durch starke elektrische Felder zu erklären, die Teilchen von der Oberfläche des Neutronensterns in eine den Stern umgebende Wolke aus magnetisiertem Plasma befördern, in die so genannte Magnetosphäre", erläutert Kramers Kollege Prof. Andrew Lyne. "Allerdings war es uns für fast 40 Jahre nicht möglich diese Theorie zu testen."

Im Falle von PSR B1931+24 stellten die Wissenschaftler nun fest, dass die Drehung des Sterns offenbar stärker abgebremst wird, wenn der Pulsar aktiv ist. "Wir können deutlich sehen, dass irgendetwas auf die Bremse tritt, wenn der Pulsar an ist", so Teammitglied Dr. Christine Jordan. Dieser Bremsmechanismus, so glauben die Wissenschaftler, muss mit der Erzeugung von Radiowellen zu tun haben. Er wäre beispielsweise durch einen Teilchenwind erklärbar, der die Magnetosphäre des Pulsars verlässt und dabei auch Rotationsenergie mitnimmt. Ein solcher Bremseffekt war von den Theoretikern erwartet worden, doch jetzt ist es erstmals gelungen, einen direkten Beweis dafür zu finden.

Und die Beobachtungen scheinen die Theorie nahezu perfekt zu bestätigen: Wie stark die Drehung des Pulsars nämlich abgebremst wird, hängt von der Anzahl von Ladungen ab, die die Magnetosphäre des Neutronensterns verlassen. Als die Wissenschaftler die genaue Anzahl berechneten, stellten sie fest, dass sie sich nur zwei Prozent von der theoretischen Vorhersage unterscheidet. "Wir waren nahezu geschockt, als wir die Zahl auf dem Computer sahen", so Kramer. "Wenn man bedenkt, wie komplex ein Pulsar ist, hätten wir nie erwartet, dass die Theorie über die Magnetosphäre so genaue Aussagen machen kann."

"Es ist schon faszinierend", ergänzt Lyne, "dass man nach fast 40 Jahren nicht nur ein neues Phänomen bei Pulsaren gefunden hat, sondern dass dies uns auch eine ganz unerwartete Möglichkeit gibt, eine fundamentale Theorie über die Pulsare zu testen."

Der erste Pulsar wurde 1967 von Jocelyn Bell entdeckt, die damals gerade an ihrer Doktorarbeit arbeitete. Sie nutzte das Mullard Radio Astronomy Observatory im englischen Cambridge. Zusammen mit ihrem Doktorvater Anthony Hewish, der 1974 den Nobelpreis für Physik erhielt, untersuchte sie die entdeckten regelmäßigen Signale, für die beide zunächst keine Erklärung hatten und sie sogar für außerirdische Botschaften hielten. Wenig später konnte man aber zeigen, dass rotierende Neutronensterne für solche Pulse verantwortlich sein können.