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PULSARE
Was schnell rotierende Pulsare bremst
Redaktion / Pressemitteilung der Universität Bonn
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6. Februar 2012

Seit vielen Jahren fragen sich Wissenschaftler, warum manche sich blitzschnell um die eigene Achse drehende Neutronensterne ihre Rotationsgeschwindigkeit plötzlich wieder reduzieren. Durch die Zusammenarbeit von beobachtenden Astronomen und theoretischen Astrophysikern in Bonn ist es nun gelungen, dieses Rätsel zu lösen. Schuld ist das Wechselspiel mit einem unsichtbaren Begleitstern.

Pulsar

Künstlerische Darstellung eines Millisekundenpulsars in einem Doppelsternsystem. Die vom Begleitstern überfließende Materie bildet eine Scheibe um den Neutronenstern, die am inneren Rand durch die Magnetosphäre des Pulsars abgeschnitten wird. Der Materieüberlauf (Akkretion) führt zur Aussendung von Röntgenstrahlung in diesem System. Bild: NASA / Goddard Space Flight Center / Dana Berry

Ein Pulsar ist ein schnell rotierender Neutronenstern, der sich wie ein Kreisel um die eigene Achse dreht. Ähnlich einem Leuchtturm schickt er dabei regelmäßig wiederkehrend Strahlen zur Erde. Pulsare entstehen bei der Explosion von massereichen Sternen als Supernova. Sie ziehen sich dabei stark zusammen. Wie eine Eiskunstläuferin, die bei einer Pirouette die Arme anlegt, beschleunigen die Neutronensterne sehr stark ihre Umdrehung.

Doch das Licht eines Leuchtturms dreht sich vergleichsweise gemächlich im Vergleich zu den Pulsaren. Die am schnellsten rotierenden Pulsare sind die so genannten Millisekunden-Pulsare, die nur wenige Tausendstel Sekunden für einen Umlauf benötigen. Rund 200 dieser speziellen Himmelsobjekte sind heute bekannt. Ein ungelöstes Rätsel der Wissenschaft war bislang die Frage, warum solche Sterne plötzlich wieder langsamer werden - so als würde sie eine unsichtbare Kraft abbremsen.

Der dänische Astrophysiker Dr. Thomas Tauris arbeitet zugleich am Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn und am benachbarten Max-Planck-Institut für Radioastronomie und glaubt, diese Frage nun gelöst zu haben. "Der Millisekunden-Pulsar rotiert so schnell, weil ein Partnerstern Masse auf ihn überträgt", erklärt Tauris. "Das Ergebnis gleicht einem Mühlrad, das von der Wassermasse angetrieben und beschleunigt wird." Da in dem Doppelsternsystem aber der eine Partner Material vom anderen Stern absaugt, ähnelt das Verhalten des Neutronensterns auch dem eines hungrigen Vampirs.

Während der Millisekunden-Pulsar durch seine "Leuchtturm-Signale" gut von der Erde aus zu erkennen ist, wirkt der Nachbarstern im Verborgenen. Irgendwann ist der Punkt erreicht, an dem der Partnerstern keine Masse mehr auf den Pulsar überträgt. "Dann dehnt sich die Magnetosphäre des Millisekunden-Pulsars aus und wird größer", so Tauris. "Wie mit einem Propeller wird dann Material wieder herausgewirbelt." Im Ergebnis verlangsamt der Neutronenstern seine Umdrehungen. Das Phänomen lässt sich abermals anhand der Eiskunstläuferin veranschaulichen: Wenn sie bei der Pirouette die Arme ausbreitet, dann verlangsamt sich ihre Rotationsgeschwindigkeit.

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Anhand von numerischen Berechnungen auf der Grundlage von Sternentwicklungsmodellen untersuchte der Wissenschaftler die Auswirkungen des Massenzuwachses. "Es konnte gezeigt werden, dass die Millisekunden-Pulsare in der Schlussphase ungefähr die Hälfte ihrer Rotationsenergie verlieren", berichtet Tauris. Darüber hinaus lässt sich mit diesen Berechnungen erklären, warum manche Pulsare Röntgenstrahlung und andere wiederum Radiowellen aussenden: Solange Materie vom Nachbarstern übertragen und der Pulsar beschleunigt wird, sendet er extrem kurzwellige Röntgenstrahlung aus. Sobald aber der Materiestrom unterbrochen ist und eine Verlangsamung eintritt, kommt es zur Ausstrahlung deutlich langerwelligerer Radiostrahlen.

"Es handelt sich dabei also um zwei verschiedene Phasen der selben Entwicklung", fast Tauris zusammen, der sich auch davon überzeugt hat, dass seine Berechnungen mit den aktuellen Beobachtungsergebnissen von Pulsaren übereinstimmt. Am Max Planck-Institut für Radioastronomie werden Pulsare von Prof. Dr. Michael Kramer und seinen Mitarbeitern untersucht, während eine Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Norbert Langer am Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn die zugehörigen Sternmodelle berechnet.

Die Ergebnisse seiner Untersuchung hat Tauris jetzt in der Wissenschaftszeitschrift Science veröffentlicht.

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siehe auch
Radioastronomie: Planetengroßer Diamant umkreist Pulsar - 26. August 2011
Pulsare: Schwarze Witwe im All - 19. Februar 2010
Millisekunden-Pulsare: Doppelsternsystem gibt Einblick in Entstehung - 25. Mai 2009
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Universität Bonn
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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