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RADIOASTRONOMIE
Planetengroßer Diamant umkreist Pulsar
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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26. August 2011

Ein internationales Astronomenteam glaubt einen Stern aufgespürt zu haben, der zu einem planetengroßen Objekt aus Diamant umgewandelt und verdichtet wurde. Die ungewöhnliche Entdeckung gelang mit Hilfe von Radioteleskopen in Australien und Großbritannien und wurde durch Beobachtungen mit einem der beiden Keck-Teleskope auf Hawaii bestätigt.

Pulsar

Schematische Darstellung des Pulsar-Planeten-Systems PSR J1719-1438. Das Bild zeigt den Millisekundenpulsar mit 5,7 ms Pulsperiode im Zentrum, und die Umlaufbahn des Planeten im Vergleich zur Größe der Sonne (in Gelb markiert). Bild: Swinburne Astronomy Productions, Swinburne University of Technology

 Das Team entdeckte den "Diamantplaneten" mit dem Parkes-64-Meter-Radioteleskop in Australien und stellte fest, dass er um einen ungewöhnlichen Stern mit extrem hoher Dichte kreist, einen sogenannten Pulsar. Die Daten zu dem Pulsar-Planeten-Paar konnten durch nachfolgende Beobachtungen mit dem Lovell-Radioteleskop in Großbritannien sowie einem der beiden Keck-Teleskope auf Hawaii bestätigt werden. Das System liegt in etwa 4.000 Lichtjahren Entfernung in Richtung des Sternbilds Schlange in der Ebene unserer Milchstraße. Das Ergebnis der Beobachtungen präsentieren die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Magazins Science Express

Pulsare stellen extrem verdichtete Endstadien der Sternentwicklung dar. Es sind schnell rotierende Sterne von der Größe einer Stadt wie etwa Köln, die einen stark gebündelten Strahl von Radiowellen aussenden. Wenn im Zuge der Rotation des Sterns der Strahl dann wiederholt über die Erde streicht, fängt man mit Radioteleskopen ein regelmäßig "pulsierendes" Signal auf (daher der Name "Pulsar"). Bei dem neu entdeckten Pulsar mit der Bezeichnung PSR J1719-1438 fiel den Astronomen auf, dass in den Ankunftszeiten der Pulssignale eine regelmäßige Modulation liegt, die sich durch die Gravitation eines massearmen Begleiters, eines Planeten, erklärt.

Die Modulation der Pulsarsignale verrät einiges über den Begleiter. Zunächst lässt sich daraus ableiten, dass er den Pulsar in gerade mal zwei Stunden und zehn Minuten umkreist und dass der Abstand zwischen beiden Objekten lediglich 600.000 Kilometer beträgt - das ist etwas weniger als der Radius unserer Sonne. Darüber hinaus ist der Begleiter so nahe an dem Pulsar, dass er mit mehr als 60.000 km Durchmesser (das ist weniger als die Hälfte vom Durchmesser des Planeten Jupiter) auf jeden Fall durch die Schwerkraft des Pulsars auseinandergerissen würde.

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"Die Dichte des Planeten ist mindestens so hoch wie die von Platin und verrät uns so einiges über seinen Ursprung", sagt der Leiter des Forschungsteams, Prof. Matthew Bailes von der Swinburne University of Technology in Australien. Bailes ist auch Leiter des Bereichs "Dynamisches Universum" im Centre of Excellence in All-sky Astrophysics (CAASTRO). Zur Zeit befindet er sich auf einem mehrmonatigen Forschungsaufenthalt am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. Das Wissenschaftlerteam nimmt an, dass der Begleitplanet den winzigen Kern eines einstmals massereichen Sterns darstellt, der nur knapp der kompletten Zerstörung entgangen ist.

Der Pulsar selbst wurde in einer Datenmenge von insgesamt 200.000 Gigabyte identifiziert, mit Hilfe von speziellen Analyseprogrammen auf Supercomputern an der Swinburne University of Technology, der Universität Manchester und am INAF-Osservatorio Astronomico di Cagliari auf Sardinien. Das Projekt ist Teil einer systematischen Suche nach Pulsaren am ganzen Himmel, an der sich das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) mit Messungen in der nördlichen Hemisphäre beteiligt.

"Wir haben hier die größte und empfindlichste Kartierung von Pulsaren am ganzen Himmel, die jemals durchgeführt wurde", sagt Michael Kramer, Direktor am MPIfR. "Wir erwarten eine Reihe von aufregenden neuen Ergebnissen mit diesem Programm und es ist schön zu sehen, dass dies bereits losgeht. Und es wird noch mehr kommen."

Wie aber ist der Pulsar zu seinem exotischen Begleiter gekommen? Und woher weiß man, dass er aus Diamant besteht? Der Pulsar J1719-1438 gehört zu einer extrem schnell rotierenden Sorte, die man als Millisekunden-Pulsare bezeichnet. Er dreht sich mehr als 10.000 mal pro Minute um die eigene Achse, hat die 1,4-fache Masse der Sonne, aber einen Radius von nur rund 20 Kilometern. Ungefähr 70 Prozent der Pulsare haben Begleiter unterschiedlicher Art.

Astronomen nehmen an, dass es die Begleiter sind, die noch als Stern einen alten langsam rotierenden Pulsar durch den Transfer von Masse auf eine sehr hohe Umlaufgeschwindigkeit beschleunigen. Das Resultat ist ein schnell rotierender Millisekundenpulsar mit einem in der Masse geschrumpften Begleiter - häufig einem Weißen Zwerg. "Wir kennen nur wenige Doppelsternsysteme, die sogenannten 'ultra-compact low-mass X-ray binaries' (ultrakompakte Röntgendoppelsterne mit geringer Masse), bei denen wir annehmen können, dass sie sich in dem oben beschriebenen Szenario entwickeln und vielleicht den Vorgängerstern für einen Pulsar wie PSR J1719-1438 darstellen könnten", erklärt Dr. Andrea Possenti vom INAF-Osservatorio Astronomico di Cagliari.

Aber der Pulsar und sein Begleitstern sind so dicht beisammen, dass es sich bei dem Begleiter nur um einen sehr stark massereduzierten Weißen Zwerg handeln kann, der seine gesamten äußeren Schichten und über 99,9% der ursprünglichen Masse verloren hat. Der verbleibende Rest dürfte überwiegend aus Kohlenstoff und Sauerstoff bestehen, mit leichteren Elementen wie Wasserstoff und Helium lassen sich die aus den Beobachtungen erhaltenen Daten nicht erklären. Die abgeleitete Dichte lässt darauf schließen, dass das Material mit Sicherheit in einem kristallinen Zustand vorliegt; ein großer Teil des Sterns könnte ähnlich wie ein Diamant aufgebaut sein.

"Das endgültige Schicksal dieses Doppelsterns hängt von Masse und der Umlaufperiode des Gebersterns zur Zeit des Massentransfers ab. Das seltene Auftreten von Millisekunden-Pulsaren mit Begleitern mit der Masse von Planeten bedeutet, dass die Entstehung solcher exotischen Planeten eher die Ausnahme als die Regel darstellt und das Zusammentreffen von speziellen Bedingungen erforderlich macht", so Dr. Benjamin Stappers von der Universität Manchester. "Diese neue Entdeckung kam überraschend für uns. Aber es gibt noch eine ganze Menge mehr, was wir über Pulsare und fundamentale Physik in den kommenden Jahren herausfinden werden", meint Kramer.

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siehe auch
Pulsare: Schwarze Witwe im All - 19. Februar 2010
Millisekunden-Pulsare: Doppelsternsystem gibt Einblick in Entstehung - 25. Mai 2009
Extrasolare Planeten: Ältester extrasolarer Planet entdeckt - 11. Juli 2003
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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